Υπερανθεκτικές Μπαταρίες: Γιατί η Τεχνολογία Επόμενης Γενιάς Θα Διαρκέσει Δεκαετίες, Όχι Μόνο Χρόνια

Μπαταρίες Κατασκευασμένες Για Να Διαρκούν

As the world electrifies and switches to renewable energy, the need for more energy storage grows. This is in part driven by the switch to EVs, but also due to the intermittent nature of renewable production.

Καθώς ο κόσμος ηλεκτροδοτείται και μεταβαίνει σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η ανάγκη για περισσότερη αποθήκευση ενέργειας αυξάνεται. Αυτό οφείλεται εν μέρει στη μετάβαση στα ηλεκτρικά οχήματα, αλλά και στη διακοπτική φύση της παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές.

Αυτό μπορεί να αντισταθμιστεί εν μέρει από άλλες χαμηλού άνθρακα πηγές ενέργειας, όπως η υδροηλεκτρική ή η πυρηνική, ή ίσως η γεωθερμική ενέργεια στο μέλλον. Ωστόσο, οι υποστηρικτές της πράσινης ενέργειας θα προτιμούσαν κατά πολύ να δουν την οικονομική ηλιακή (και αιολική) ενέργεια ως τη βάση των ενεργειακών μας συστημάτων.

Αυτό δημιουργεί ζήτηση για μπαταρίες με θεμελιωδώς διαφορετικά χαρακτηριστικά από εκείνα που απαιτούνται για τη μετακίνηση.

Τα ηλεκτρικά οχήματα χρειάζονται πολύ ενεργειακά πυκνές μπαταρίες που να είναι ελαφριές και αρκετά μικρές σε όγκο ώστε να τοποθετούνται στο σκελετό του αυτοκινήτου. Η ανθεκτικότητα είναι ένα ζήτημα, αλλά εφόσον η μπαταρία μπορεί να λειτουργεί για 10‑15 χρόνια, αυτό είναι πιθανό να είναι σύμφωνο με την ανθεκτικότητα των υπόλοιπων εξαρτημάτων του αυτοκινήτου.

Αντίθετα, οι μπαταρίες αποθήκευσης ενέργειας περιορίζονται πολύ λιγότερο από το βάρος ή τον όγκο. Ωστόσο, περιορίζονται σαφώς από το κόστος, καθώς αποτελούν ουσιαστικά ένα επιπλέον κόστος στην παραγωγή πράσινης ενέργειας και του δικτύου ηλεκτρισμού.

Ένας τρόπος για να μειωθεί το κόστος της αποθήκευσης ενέργειας είναι η χρήση φθηνότερου υλικού από το λίθιο για την κατασκευή της μπαταρίας. Πολλές εναλλακτικές εξετάζονται, όπως συζητήσαμε προηγουμένως στο “The Future Of Energy Storage – Utility-Scale Batteries Tech”: μπαταρίες που χρησιμοποιούν τεχνολογίες όπως νάτριο‑ιόν, σίδηρο‑αέρα, ψευδάργυρο, θαλασσινό αλάτι, πολυμερή, νάτριο‑θείο ή ακόμη και λιωμένα μέταλλα.

Ένας ακόμη βασικός στοιχείο για τη μείωση του κόστους ζωής ενός συστήματος μπαταριών είναι η μακροχρόνια διάρκεια ζωής του, πολλαπλών δεκαετιών. Με την απόσβεση της επένδυσης σε πολλά χρόνια, το κεφαλαιακό κόστος της μπαταρίας μειώνεται σημαντικά ετησίως. Και αυτό είναι κάτι με το οποίο οι εταιρείες κοινής ωφέλειας είναι πιθανό να αισθάνονται πιο άνετα, καθώς είναι εξοικειωμένες με την απόσβεση νέων σταθμών παραγωγής ενέργειας σε χρονικά πλαίσια 30‑50 ετών.

Γιατί Αποτυγχάνουν Οι Μπαταρίες;

Θάνατος από Δενδρίτες

Πριν κατασκευάσουμε μια μπαταρία που διαρκεί σχεδόν για πάντα, πρέπει να εξετάσουμε γιατί οι περισσότερες μπαταρίες χάνουν φόρτιση με την πάροδο του χρόνου ή σταματούν να λειτουργούν.

Ένας βασικός παράγοντας, ιδιαίτερα στις μπαταρίες λιθίου‑ιόντων, είναι η ανάπτυξη των δενδριτών. Αυτή η δομή, παρόμοια με σταλακτίτες, αναπτύσσεται από την ακατάλληλη συσσώρευση μετάλλου μέσα στη μπαταρία και, με την πάροδο του χρόνου, μπορεί να σπάσει το φράγμα μεταξύ του καθόδου & του άνοδο, οδηγώντας ενδεχομένως σε βραχυκύκλωμα και καταστροφική πυρκαγιά.

Πηγή: Nobel Prize

Λόγω αυτού του κινδύνου πυρκαγιάς, οι δενδρίτες αποτελούν ιδιαίτερα σοβαρό ζήτημα για τις εταιρείες κοινής ωφέλειας, καθώς η φωτιά σε ένα κελί μπαταρίας θα μπορούσε γρήγορα να εξαπλωθεί σε ολόκληρο ένα πολυδισεκατομμυριούχο πάρκο μπαταριών κοντά. Έτσι, ιδανικά, μια τεχνολογία μπαταριών που έχει σχεδιαστεί για μακρά διάρκεια θα πρέπει να έχει σχεδόν μηδενικό κίνδυνο δημιουργίας αυτών των δενδριτών.

Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι ενώ οι δενδρίτες συζητούνται κυρίως σε μπαταρίες λιθίου‑ιόντων, πρόκειται για ένα κοινό πρόβλημα στις περισσότερες μπαταρίες που χρησιμοποιούν μεταλλικούς άνοδος και/ή καθόδους.

Απώλεια Φόρτισης

Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο οι μπαταρίες μπορούν να αποτύχουν είναι η αργή απώλεια της ικανότητάς τους να αποθηκεύουν ενέργεια. Αυτό συνήθως οφείλεται στο ότι κάποιο μέταλλο που χρησιμοποιείται στα ηλεκτρόδια συσσωρεύεται αργά σε μια μορφή που δεν μπορεί να μετατραπεί ξανά σε κάτι χρήσιμο.

Πηγή: EnergSoft

Άλλες αιτίες μπορεί να είναι μικρές ρωγμές που σχηματίζονται από μηχανικό και θερμικό στρες, απώλεια δομικής ακεραιότητας, συσσώρευση ανεπιθύμητων αποθέσεων κ.λπ.

Πηγή: EnergSoft

Έτσι, όσο περισσότερο μια τεχνολογία μπαταριών είναι επιρρεπής σε αυτήν την αργή φθορά, τόσο περισσότερο μειώνεται η συνολική φόρτιση, καθιστώντας τη μπαταρία σταδιακά άχρηστη. Επιπλέον, οι φθαρμένες μπαταρίες τείνουν να διατηρούν τη φόρτιση λιγότερο καλά και να σπαταλούν περισσότερη αποθηκευμένη ενέργεια, καθιστώντας τες ακόμη πιο μη κερδοφόρες.

Άρα η ιδανική τεχνολογία μπαταριών δεν θα πρέπει να είναι επιρρεπής σε αργή φθορά του υλικού της, ή θα πρέπει να μπορεί να αναγεννιέται τακτικά σε άριστη κατάσταση χωρίς την ανάγκη ανακύκλωσης ολόκληρου του συστήματος.

Αν θέλετε να μάθετε τις λεπτομέρειες του πώς φθείρονται οι μπαταρίες, μπορείτε επίσης να συμβουλευτείτε αυτό το 22‑λεπτο βίντεο:

Διάρκεια Ζωής Κυκλικών Φορτίσεων

Η ανθεκτικότητα των μπαταριών μπορεί να είναι ένα πολύπλοκο μέτρο. Για παράδειγμα, τα περισσότερα συστήματα μπαταριών EV συνήθως μετριούνται ανά μίλι, ή πόσο απόσταση μπορούν να διανύσουν τα EV πριν χρειαστεί νέος πακέτο μπαταρίας.

Ένας άλλος τρόπος μέτρησης είναι ο αριθμός των κύκλων φόρτισης‑αποφόρτισης που μπορούν να πραγματοποιηθούν πριν η μπαταρία χάσει σημαντικό μέρος της συνολικής της φόρτισης. Για την αποθήκευση ενέργειας, αναμένεται ένας κανονικός κύκλος φόρτισης‑αποφόρτισης, έως 1‑3 φορές την ημέρα.

Τέλος, το πόσο καιρό μπορεί να διατηρηθεί μια φόρτιση είναι επίσης σημαντικό ερώτημα, καθώς οι περισσότερες μπαταρίες χάνουν λίγο από τη φόρτιση τους καθημερινά. Εν τω μεταξύ, ο άνεμος μπορεί να σταματήσει για εβδομάδες, και οι χειμωνιάτικες ημέρες είναι αυτές με τη λιγότερη ηλιοφάνεια και την υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας, ειδικά σε ψυχρά κλίματα. Έτσι, θεωρητικά, μια μπαταρία που μπορεί να μεταφέρει ενέργεια χωρίς μεγάλη απώλεια για εβδομάδες ή ακόμη και μήνες θα ήταν η ιδανική επιλογή.

Αντοχή σε Θερμοκρασία

Οι περισσότερες τεχνολογίες μπαταριών μπορεί να είναι περισσότερο από λίγο ανυπόφορες στο κρύο, ειδικά σε παγωμένες θερμοκρασίες. Καθώς η αποθήκευση ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα πιθανότατα θα γίνει σε εξωτερικούς χώρους κοντά σε σταθμό παραγωγής, αυτό μπορεί να αποτελεί σοβαρό πρόβλημα σε ψυχρά κλίματα κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Εάν ένα σημαντικό μέρος της αποθηκευμένης ενέργειας χρησιμοποιείται για τη θέρμανση των μπαταριών, αυτό μπορεί να επηρεάσει σοβαρά την οικονομία λειτουργίας τους.

Τεχνολογίες Υπερανθεκτικών Μπαταριών

Μπαταρίες Κυψέλης

Ακόμη και αν, τελικά, οι εναλλακτικές χημικές ουσίες θα είναι οι νικητές για την τροφοδοσία ενός πλήρως ανανεώσιμου δικτύου, οι κατασκευαστές μπαταριών εξετάζουν επίσης τρόπους να κάνουν την τρέχουσα τεχνολογία τους πιο ανθεκτική.

Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι οι μπαταρίες κυψέλης της CATL (300750.SZ) honeycomb batteries. Ο γίγαντας των μπαταριών CATL, που παράγει πάνω από το ήμισυ των παγκόσμιων μπαταριών, επενδύει σημαντικά σε αυτήν την τεχνολογία. Φαίνεται ότι βασίζεται εν μέρει σε μια ιδέα που προτάθηκε ήδη σε ένα επιστημονικό άρθρο του 2020 με τίτλο “Stretchable lithium-ion battery based on new micro-honeycomb structure”.

Πηγή: Phys.org

Από ένα επιστημονικό άρθρο του 2021, μπορούμε να μάθουμε μερικά από τα κύρια πλεονεκτήματα των σχήματος κυψέλης, ιδιαίτερα τη χαμηλή πυκνότητα και τις υψηλές ιδιότητες συμπίεσης και διάτμησης εκτός επιπέδου (αντίσταση των υλικών σε δυνάμεις που δρουν παράλληλα αλλά σε αντίθετες κατευθύνσεις).

Αυτή η αλλαγή στη φυσική διαμόρφωση της μπαταρίας διατηρεί το υλικό στη σωστή θέση, αποφεύγοντας ρωγμές και συρρίκνωση κατά τη φόρτιση.

Αν και δεν είναι σαφές πώς το έκανε η CATL, μερικές από αυτές τις μεθόδους είναι γνωστές· για παράδειγμα, διαδοχικές θερμικές και χημικές επεξεργασίες με άνθρακα και οξύ μπορούν να δημιουργήσουν μια νανο‑κυψέλη δομή.

Πηγή: Chemistry Europe

Πηγή: Chemistry Europe

Συνολικά, η δομή της μπαταρίας κυψέλης φαίνεται να αποτρέπει τη δημιουργία ρωγμών και δενδριτών, δημιουργώντας μια υπερανθεκτική μπαταρία ενώ εξακολουθεί να βασίζεται στην καλά κατανοητή αρχή των μπαταριών λιθίου‑ιόντων και LFP (λιθίου‑φωσφορικού σιδήρου).

Πιθανότατα βρίσκεται στον πυρήνα του νέου προϊόντος της CATL, του TENER containerized LFP battery system, το οποίο έχει δείξει μηδενική φθορά στην χωρητικότητα μετά από πλήρη 5ετή λειτουργία.

Το TENER αρχίζει τώρα να εμπορευματοποιείται από την CATL προς τις εταιρείες κοινής ωφέλειας.

Πηγή: Sustainability Environment

Συμπαγείς Μπαταρίες

Εκτός από την τροποποίηση της χημείας, ο τρόπος κατασκευής των μπαταριών μπορεί να αλλάξει ώστε να παραχθούν πιο πυκνές και πιο ανθεκτικές μπαταρίες.

Αυτή είναι η ιδέα πίσω από τις συμπαγείς μπαταρίες, οι οποίες αντικαθιστούν το υγρό ηλεκτρολύτη στα περισσότερα σχέδια μπαταριών με μια στερεή μεταλλική στρώση. Θεωρητικά, αυτό θα έπρεπε να δημιουργεί τις πιο ενεργειακές μπαταρίες, αν και ίσως όχι τις πιο φθηνές.

Μέχρι πρόσφατα, αυτή η ιδέα ήταν δύσκολη στην υλοποίηση σε κλίμακα, καθώς απαιτεί τέλεια επαφή μεταξύ των μεταλλικών στρωμάτων. Η μηχανική κίνηση κατά τη φόρτιση‑αποφόρτιση συχνά οδηγεί στη δημιουργία ρωγμών.

Πηγή: Flash Battery

Ωστόσο, πρόσφατη ανάπτυξη από πολλές εταιρείες όπως η QuantumScape (QS ), η Toyota (TM ), η Samsung SDI (006400.KS) ή η Hyundai (HYMTF) των εργοστασίων μπαταριών και η μαζική παραγωγή για 2028‑2030 υποδεικνύουν ότι η τεχνολογία γίνεται πλέον ώριμη.

Θεωρητικά, οι καλά ανεπτυγμένες συμπαγείς μπαταρίες θα μπορούσαν σταδιακά να αντικαταστήσουν όλες τις μπαταρίες λιθίου‑ιόντων, LFP και ακόμη και νάτριο‑ιόντων στα EV.

Η τελική τους τιμή παραμένει άγνωστη όταν παράγονται σε κλίμακα, ώστε να καθοριστεί αν θα είναι αρκετά φθηνές για εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας δικτύου. Ίσως ειδικές έννοιες όπως οι μπαταρίες νάτριου‑συμπαγείς χωρίς άνοδο θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν αυτήν την πρόκληση, καθώς θα απέφευγαν τη χρήση ακριβού μεταλλικού λιθίου.

(Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τις επενδυτικές ευκαιρίες σε αυτήν την τεχνολογία στο “5 Καλύτερα Μετοχές Συμπαγών Μπαταριών για Παρακολούθηση ή Αγορά”.)

Μπαταρίες Ψευδαργύρου

Επειδή ο ψευδάργυρος είναι ένα πολύ φθηνό και άφθονο μέταλλο, έχει χρησιμοποιηθεί σε μη επαναφορτιζόμενες μπαταρίες για μεγάλο χρονικό διάστημα. Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες μπορούν επίσης να κατασκευαστούν με ψευδάργυρο, ιδιαίτερα οι υδρόβιες μπαταρίες βάσει ψευδαργύρου (ZABs).

Ωστόσο, είναι ένας σχεδιασμός που έχει υποφέρει από δημιουργία δενδριτών, παρασιτική αντίδραση εξέλιξης υδρογόνου (HER) και παθητικοποίηση διάβρωσης της επιφάνειας, μειώνοντας σοβαρά τη χρησιμότητά του.

Αυτό αλλάζει χάρη στη νέα έρευνα που πραγματοποιήθηκε στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου¹. Χρησιμοποίησαν ένα πορώδες οργανικό πολυμερές που ονομάζεται TpBD-2F. Αυτό το υλικό σχηματίζει μια σταθερή, υπερλεπτή και εξαιρετικά τακτοποιημένη μεμβράνη στον άνοδο ψευδαργύρου, επιτρέποντας στα ιόντα ψευδαργύρου να ρέουν αποδοτικά μέσω νανοκαναλιών ενώ κρατά το νερό μακριά από τον άνοδο.

Πηγή: Advanced Energy Materials

Τα συναρμολογημένα πλήρη κελιά (πυκνωτές Zn‑ion) παρέχουν μια υπερ‑μακρά διάρκεια κύκλων άνω των 100.000, μια εκπληκτική ανθεκτικότητα, χάρη στην σχεδόν πλήρη καταστολή της δημιουργίας δενδριτών, καθώς και στην απουσία HER και διάβρωσης.

Επιπλέον των μπαταριών ψευδαργύρου, οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η έννοια θα μπορούσε να επεκταθεί σε άλλους μεταλλικούς άνοδος: λίθιο, νάτριο, κάλιο, αλουμίνιο κ.λπ.

Μπαταρίες TAQ‑Πολυμερούς και Νάτριο‑Ιόντων

Πολυμερές (άνθρακας) και νάτριο αντί για λίθιο μπορούν να αποτελέσουν έναν εξαιρετικό τρόπο μείωσης του κόστους των πρώτων υλών που εισέρχονται σε μια μπαταρία. Αυτό είναι ό,τι συνδύασαν οι ερευνητές του MIT στην μπαταρία TAQ‑νατρίου‑ιόντων.

Στις αρχικές δοκιμές, κατάφερε 2.000 κύκλους φόρτισης‑αποφόρτισης χωρίς ορατή φθορά, ενώ παρουσίαζε υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από τις μπαταρίες λιθίου και υπερ‑γρήγορη φόρτιση 6 λεπτών.

Αυτό δείχνει ότι, τελικά, η χημεία μπαταριών που είναι πιο πιθανό να κερδίσει τον αγώνα για υπερανθεκτικές μπαταρίες ίσως να μην είναι απλώς περισσότερη από την ίδια, αλλά μια ριζική επανεξέταση των υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια μπαταρία, με φθηνά και άφθονα στοιχεία όπως ο άνθρακας και το νάτριο ως καλούς υποψηφίους.

Λιωμένες Μεταλλικές Μπαταρίες

Οι περισσότερες έννοιες μπαταριών βασίζονται στη μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ μιας κατάστασης οξείδωσης στερεών ατόμων μετάλλου σε άλλη κατάσταση οξείδωσης. Σε αυτές, οι άνοδος και οι καθόδοι πρέπει να είναι τέλεια διαχωρισμένοι για να αποφευχθούν βραχυκυκλώματα.

Όσο περισσότερο το μέταλλο και όσο λιγότερα υγρά μέρη όπως τα ηλεκτρολύτες, τόσο καλύτερα, όπως στις συμπαγείς μπαταρίες, ή έτσι κατευθύνεται η πλειονότητα της βιομηχανίας μπαταριών.

Διευρύνοντας ριζικά το τι μπορεί να θεωρηθεί μπαταρία, οι λιωμένες μεταλλικές μπαταρίες κάνουν το αντίθετο: όλα τα τρία κύρια συστατικά, ο άνοδος, ο καθόδους και το ηλεκτρολύτη, είναι υγρά.

Διαχωρίζονται αυτόματα μεταξύ τους χάρη στις διαφορετικές πυκνότητες των υγρών. Το γεγονός ότι δεν υπάρχουν στερεά συστατικά θα πρέπει, θεωρητικά, να αυξήσει δραματικά τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, καθώς και να επιτρέψει την πολύ γρήγορη φόρτιση και αποφόρτιση και την πλήρη ανακυκλωσιμότητά της.

Πηγή: Ambri

Η εταιρεία Ambri, υποστηριζόμενη από τον Bill Gates, χρησιμοποιώντας μπαταρία ασβεστίου και αντιμόνιου, ήταν πρωτοπόρος σε αυτήν την τεχνολογία. Σχεδίαζε να παράγει 200.000 κελιά μπαταρίας ετησίως στο νέο της εργοστάσιο μέχρι το 2024.

Ωστόσο, αυτό δεν πραγματοποιήθηκε, καθώς η εταιρεία εξαντλήθηκε οικονομικά πριν μπορέσει να κλιμακώσει την παραγωγή. Έκτοτε, εμφανίστηκε από την πτώχευση κεφαλαίου 11 το καλοκαίρι του 2024, και θα εξακολουθεί να ηγείται από τον συνιδρυτή Dr. David Bradwell ως Διευθύνων Σύμβουλός.

We look forward to offering our unique, safe, and low-cost commercial product to our customers at scale, to meet the strong customer demand for our battery systems, and for a cleaner energy future.

As we embark on this fresh start with a stronger balance sheet and new capital, we are focused on positioning Ambri to play a leading role in the long-duration energy storage market for the benefit of our stakeholders.

David Bradwell

Έτσι, η Ambri δεν έχει πεθάνει ακόμη, και δεν είναι η μοναδική εταιρεία που εργάζεται πάνω σε λιωμένες μπαταρίες. Η ιαπωνική εταιρεία NGK insulator (NGKIF) εργάζεται επίσης σε μπαταρία λιωμένου αλατιού νάτριο‑θειούχου, και η εταιρεία Horien εργάζεται σε μπαταρία νάτριο‑νικελίου‑χλωριούχου.

Και τα προϊόντα των δύο εταιρειών είναι ήδη εμπορευματοποιημένα και αξιολογούνται για διάρκεια ζωής άνω των 20 ετών.

Θερμικές Μπαταρίες

Διευρύνοντας ακόμη περισσότερο τον ορισμό μπαταρίας από αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας σε απλώς οποιαδήποτε αποθήκευση ενέργειας, οι θερμικές μπαταρίες αποθηκεύουν πράσινη ενέργεια με τη μορφή θερμότητας αντί για ηλεκτροχημική ενέργεια.

Αυτό μπορεί να προσφέρει αρκετά σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις “κανονικές” μπαταρίες:

• Η διατήρηση της θερμότητας για αρκετούς μήνες είναι απολύτως εφικτή με επαρκή μόνωση, ενώ οι χημικές μπαταρίες θα διαρρέουν πάντα περισσότερη ενέργεια ανά ημέρα.
• Τα περισσότερα υλικά που διατηρούν τη θερμότητα μπορούν να υποστούν εκατοντάδες χιλιάδες κύκλους χωρίς σημαντική φθορά.
• Τα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι φθηνά και άφθονα, όπως, για παράδειγμα, η άμμος ή ο καθαρός άνθρακας.

Ο συνδυασμός φθηνών υλικών, σχεδόν μηδενικής φθοράς σε δεκαετίες, και αποθήκευσης ενέργειας πολλών μηνών καθιστά τις θερμικές μπαταρίες καλό υποψήφιο.

Κυρίως ιδιωτικές εταιρείες εξερευνούν αυτήν την ιδέα, ιδιαίτερα η φινλανδική εταιρεία Polar Night Energy, η οποία αποθηκεύει την πλεονάζουσα ενέργεια από το καλοκαίρι στο χειμώνα, χρησιμοποιώντας μόνο άμμο χαμηλής ποιότητας και λίγη μέταλλο για το πλαίσιο και τις σωληνώσεις.

Πηγή: Polar Night Energy

Μια παρόμοια θερμική μπαταρία προβλέπεται από την Rondo Energy, με κεραμικά τούβλα που μπορούν να θερμανθούν έως και 1500 °C, χρησιμοποιώντας τη θερμότητα για βιομηχανικές διαδικασίες όπως η παραγωγή τσιμέντου ή χάλυβα.

Πηγή: Rondo Energy

Συνολικά, αυτό μπορεί να είναι μια εξαιρετική επιλογή για την αποανθρακοποίηση τομέων που εξακολουθούν να καταναλώνουν πολλά ορυκτά καύσιμα, όπως η βαριά βιομηχανία και η θέρμανση κατοικιών το χειμώνα. Ιδιαίτερα καθώς ο σχεδιασμός μπορεί να βοηθήσει στην αποθήκευση ενέργειας από το ηλιόλουστο καλοκαίρι στο συννεφιασμένο χειμώνα.

Η αποθηκευμένη θερμότητα θα μπορούσε ακόμη και να μετατραπεί ξανά σε ενέργεια, χάρη σε κυψέλες θερμοφωτοβολταϊκών, με ερευνητές του Πανεπιστημίου του Michigan να έχουν αναπτύξει κυψέλες με ρεκόρ 44 % απόδοσης.

Πηγή: Design Boom

Συμπέρασμα

Τα συστήματα μπαταριών για τα ηλεκτρικά δίκτυα και τα σπίτια πιθανότατα θα εξαρτώνται λιγότερο από την τρέχουσα τεχνολογία λιθίου‑ιόντων και περισσότερο από φθηνότερες και πιο ανθεκτικές τεχνολογίες, ακόμη και αν είναι λιγότερο ενεργειακά πυκνές. Προς το παρόν, εκείνες που είναι έτοιμες για μαζική εμπορευματοποίηση είναι οι προηγμένες μπαταρίες LFP με δομή κυψέλης και οι μπαταρίες νάτριο‑ιόντων.

Μακροπρόθεσμα, πιο εξωτικές λύσεις πιθανότατα θα προστεθούν στο μείγμα, όπως οι λιωμένες μεταλλικές μπαταρίες, οι μπαταρίες ψευδαργύρου, οι πολυμερείς ή οι θερμικές μπαταρίες. Τελικά, η ανθεκτικότητα, το κόστος των υλικών και το κόστος κατασκευής θα είναι πιθανότατα ο καθοριστικός παράγοντας για το ποια θα αποτελέσει το «τελικό» υπερανθεκτικό αποθηκευτικό σύστημα ενέργειας.

Δηλαδή, εάν οι συμπαγείς μπαταρίες δεν αποδειχθούν αρκετά φθηνές για να κυριαρχήσουν στην ολόκληρη αγορά αποθήκευσης ενέργειας, κάτι που είναι μια ξεκάθαρη πιθανότητα.

Εταιρεία Υπερανθεκτικών Μπαταριών

QuantumScape

Από την ίδρυσή του το 2010, η Καλιφορνέζικη QuantumScape αποτελεί μια εξέχουσα startup στον χώρο των συμπαγών μπαταριών, αξιοσημείωτη για την έγκαιρη είσοδό της στον τομέα και την ανεξαρτησία της από μεγαλύτερους κατασκευαστές μπαταριών που επίσης επιδιώκουν τη συμπαγή τεχνολογία, όπως η CATL (300750.SZ), η Samsung ή η LG Energy Solution (373220.KS).

Πηγή: QuantumScape

Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό των μπαταριών QuantumScape, που τότε θεωρήθηκε επαναστατικό, είναι ότι χρησιμοποιούν σχεδίαση χωρίς άνοδο. Επιτρέπει γρήγορη φόρτιση περίπου 15 λεπτών (10‑80 % στα 45 °C) και ο διαχωριστής είναι μη εύφλεκτος και μη καύσιμος.

Πηγή: QuantumScape

Αυτό επίσης τοποθετεί τις μπαταρίες QuantumScape σε μια ξεχωριστή κατηγορία όσον αφορά την ενεργειακή πυκνότητα και την ταχύτητα φόρτισης, υπερβαίνοντας σημαντικά ηγέτες όπως η Tesla (TSLA ) (τόσο το δικό της σχέδιο όσο και τα προϊόντα της CATL).

Πηγή: QuantumScape

Ωστόσο, αυτές οι αξιοσημείωτες επιδόσεις έχουν τακτικά εμποδιστεί από δυσκολίες στην κλιμάκωση της παραγωγής. Αυτό επίσης ανάγκασε την εταιρεία να καταναλώσει τα μετρητά της, οδηγώντας σε αραίωση των προηγούμενων επενδυτών και πτώση των τιμών των μετοχών.

Αυτό φαίνεται να αλλάζει από τη συμφωνία του 2024 με την PowerCo, τη division μπαταριών του Volkswagen Group, για μια άδεια σχεδίασης και μαζικής παραγωγής των μπαταριών QuantumScape από την PowerCo.

Στο πλαίσιο της μη αποκλειστικής άδειας, η PowerCo μπορεί να κατασκευάσει έως 40 γιγαβατώρα ετησίως μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων, με δυνατότητα επέκτασης σε 80 GWh ετησίως.

Η ξαφνική κλιμάκωση της παραγωγής QuantumScape φαίνεται να συνδέεται με το Cobra, τον εξοπλισμό διαχωριστή επόμενης γενιάς συμπαγών μπαταριών της εταιρείας, μια επανάσταση στην κατασκευή κεραμικών.

Συνολικά, το Cobra θα πρέπει να ενσωματωθεί στην παραγωγή το 2025, και το πρώτο ολοκληρωμένο EV που θα χρησιμοποιεί μπαταρίες QuantumScape θα πρέπει να παραχθεί το 2026.

Πηγή: QuantumScape

Αυτό θα μπορούσε να είναι σημείο καμπής για την εταιρεία, μεταβαίνοντας 16 χρόνια μετά την ίδρυσή της από μια υποσχόμενη startup με ενδιαφέρον πνευματικό απόκτημα σε αυξανόμενα έσοδα από μια συνεργασία με έναν από τους μεγαλύτερους κατασκευαστές αυτοκινήτων στον κόσμο.

Εν τω μεταξύ, οι επενδυτές θα πρέπει να αναμένουν κάποια μεταβλητότητα στην τιμή της μετοχής, αλλά με ένα φως στο τέλος του τούνελ ανάπτυξης του προϊόντος.

Τελευταία Ειδησεία για την QuantumScape

Αναφορά Μελέτης:

^{1. Da Lei, et al, (2024) Κινητική Ιοντικής Μεταφοράς και Ενίσχυση Σταθερότητας Διεπαφής των Ανοδών Ψευδαργύρου Βασισμένη σε Φθοριωμένα Συγγενικά Οργανικά Πλαίσια Λεπτών Φιλοξενούμενων. Advanced Energy Materials. 13 Οκτωβρίου 2024}

^{2. Bosun Roy-Layinde, et al. (2024) Κυψέλες υψηλής απόδοσης αερο-γέφυρας θερμοφωτοβολταϊκών. Joule. Volume 8, Issue 7, p2135-2145. 17 Ιουλίου 2024.}