در حالی که راه های زیادی وجود دارد که فعالیت های انسانی باعث تغییرات آب و هوایی شده است، منابع تولید برق جهانی از جمله مقصران اصلی هستند. علیرغم افزایش های کوچک در تامین انرژی بادی و خورشیدیما هنوز به نقطه‌ای نرسیده‌ایم که بتوانیم سوخت‌های فسیلی را که در ترکیب قدرت بسیاری از کشورها جا افتاده‌اند، از بین ببریم.

اما چرا این موضوع همچنان ادامه دارد؟

از آنجایی که منابع تجدیدپذیر منبع متناوب برق را ارائه می دهند، ما همچنین به راهی برای ذخیره این انرژی برای پاسخگویی به تقاضای شبکه در زمانی که خورشید نمی تابد یا باد نمی وزد نیاز داریم. این یک چالش بزرگ است، زیرا تغییر به انرژی تجدیدپذیر همچنین مستلزم ایجاد سیستم‌های ذخیره انرژی طولانی مدت، ایمن و مقرون به صرفه است. به این ترتیب، یافتن یک باتری ارزان، ایمن و جایگزین برای لیتیوم، کلید انتقال سوزن به بخش انرژی کاملاً تجدیدپذیر است.

فراتر از باتری های لیتیوم یونی

مانند وسایل نقلیه الکتریکی، باتری‌های لیتیوم یون به گزینه‌ای محبوب برای شبکه تبدیل شده‌اند، زیرا آنها یک راه‌حل مدولار و چگالی انرژی بالا برای ذخیره‌سازی انرژی ارائه می‌دهند. اما استفاده از باتری‌های لیتیوم یون چالش‌های خاص خود را با هزینه‌های بالای مواد، خطر آتش‌سوزی و انفجار و فقدان شیوه‌های بازیافت به همراه داشته است که پذیرش گسترده باتری‌های لیتیوم یون را برای شبکه محدود می‌کند.

یکی از گزینه‌های بسیار امیدوارکننده برای جایگزینی لیتیوم برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه، این است باتری زینک یون قابل شارژ. تنها در 10 سال گذشته ظهور کرده استباتری های روی یون مزایای زیادی نسبت به لیتیوم دارند. اینها شامل هزینه های مواد ارزان تر، افزایش ایمنی و گزینه های بازیافت آسان تر است.

با پتانسیل ذخیره سازی انرژی در مقیاس شبکه با هزینه بسیار ارزان تر - و سطوح ایمنی بالاتر - تجاری سازی گسترده باتری های یون روی می تواند دقیقاً همان چیزی باشد که برای ادغام انرژی های تجدید پذیر در زیرساخت های انرژی در کانادا و سایر کشورها لازم است.

هزینه یک باتری

برای اینکه کانادا به اهداف کربن زدایی تعیین شده در کانادا برسد قانون پاسخگویی انتشار خالص صفر, از جمله شبکه ای که 90 درصد از برق تجدیدپذیر تغذیه می شود، استقرار باتری های یون روی بسیار مهم خواهد بود.

مطالعات نشان داده است که برای تبدیل شدن انرژی های تجدیدپذیر به منبع 90 تا 95 درصد کل برق، هزینه ذخیره سازی انرژی باید کمتر از 150 دلار آمریکا در هر کیلووات ساعت باشد. سیستم های لیتیوم یون مدرن هستند هنوز حدود 350 دلار آمریکا در هر کیلووات ساعت است. تا حدی، این به دلیل هزینه های بالای ساخت و اتکای آنها به مواد خام گران قیمت برای دستیابی به چگالی انرژی بالا است. وسایل نقلیه الکتریکی مدرن.

از سوی دیگر، باتری‌های یون روی می‌توانند مسائل مربوط به هزینه و فراوانی را حل کنند. استفاده از مواد ارزان قیمت و فراوان مانند روی و منگنز نه تنها تولید آنها را ارزان‌تر می‌کند، بلکه خطر اختلالات زنجیره تامین یا کمبود مواد را کاهش می‌دهد که بر مواد لیتیوم یونی مانند لیتیوم و لیتیوم تأثیر می‌گذارد. کبالت.

La تولید سالانه روی جهانی است بیش از 100 برابر لیتیوم است. ناگفته نماند که پیش‌بینی می‌شود تقاضا برای لیتیوم و کبالت در دهه آینده بیشتر از عرضه باشد.

روی گزینه ایمن تری است

با استانداردهای ایمنی دقیق ایمنی برای استفاده از باتری‌هایی که در خانه‌ها، کارخانه‌ها یا در شبکه‌های برق استفاده می‌شوند، کلیدی است تا مردم از آنها استقبال کنند. به این ترتیب باتری‌های یون روی مزیت بیشتری دارند.

La الکترولیت مبتنی بر حلال قابل اشتعال و سمی باتری های لیتیوم یونی با جایگزینی مبتنی بر آب جایگزین می شود و خطر آتش سوزی و انفجار را از بین می برد.

برعکس، دفع ایمن باتری‌های لیتیوم یون نیز می‌تواند کار دشواری باشد، زیرا حاوی ترکیبات سمی هستند. بازیافت این باتری ها در حال حاضر به دلیل هزینه های بالا از نظر اقتصادی غیرممکن است منجر به تعداد زیادی از سلول های مصرف شده در محل دفن زباله می شود.

خوشبختانه، باتری های یون روی درمان پایان عمر را ساده می کنند. الکترولیت غیر سمی و آبی که در باتری‌های یون روی استفاده می‌شود به این معنی است روش های به خوبی شناخته شده مانند روش های دفع باتری های سرب-اسید می تواند به کار رود. همچنین، آند روی فلزی را می توان به راحتی در باتری های جدید مورد استفاده مجدد قرار داد.

آینده ذخیره انرژی

کانادا برای رسیدن به هدف خود که تا سال 90 2030 درصد انرژی های تجدیدپذیر است، باید به دنبال جایگزین هایی برای باتری های لیتیوم یونی باشد تا بتواند بخش انرژی خود را کربن زدایی کند. با استفاده از هزینه، فراوانی و مزایای ایمنی باتری‌های یون روی، کانادا می‌تواند ادغام انرژی بادی و خورشیدی را در سراسر کشور تسریع بخشد.

باتری‌های یون روی از اهداف کربن‌زدایی کانادا پشتیبانی می‌کنند و فرصتی برای سرمایه‌گذاری در بازار باتری‌هایی که به سرعت در حال گسترش هستند، به اثبات می‌رسانند. در حالی که باتری‌های یون روی یک فناوری نسبتاً جدید هستند، پتانسیل آنها برای پشتیبانی از ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه در کانادا و در سراسر جهان قابل دست‌کم نیست.

با کمک تحقیقات و تولید کانادایی، از جمله تلاش هایی از دانشگاه مكمستر و دارتموث، مبتنی بر NS شرکت انرژی برجستهادغام باتری‌های یون روی می‌تواند طی چند سال آینده به واقعیت تبدیل شود و کانادا را به عنوان پیشرو در صنعت معرفی کند.

درباره نویسنده

طوفان ویلیام دی گورلی، دانشجوی دکتری، مهندسی شیمی، دانشگاه مكمستر و درو هیگینز، استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه مكمستر

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.