에너지
열 배터리가 금속 채굴 없이 급속히 성숙하고 있다
대규모 에너지 저장이 필요하다
수시간 또는 수일 동안 많은 전력을 저장할 수 있는 배터리 시스템에 대한需求이 증가하고 있다. 이는 태양광 및 풍력 에너지가 간헐적이며 하루종일 그리고 하루에서 하루로 변하기 때문이다.
또 다른 요인은 제철과 같은 산업 공정의 에너지 수요이다. 이러한 공장에서는 24/7로 많은 열을 생성하기 위해 전력을 필요로 한다.
전기차용 리튬이온 배터리를 사용하는 것은 대규모에서 작동하는 해결책으로 작용할 가능성이 낮다. 그것들은 단순히 너무 비싸고, 충분히 내구성이 없으며, 원자재를 너무 많이 소비한다.
이것이为什么 많은 다른 대체 배터리 화학물질이 공용 규모의 에너지 저장을 위해 고려되어 왔다. 우리는 우리의 기사 “공용 규모의 배터리 기술 – 에너지 저장의 미래“에서 리튬-철-인산염, 나트륨-이온, 레독스-플로우, 철-공기, 용융 금속, 니켈-수소, 나트륨-황 등 대부분의 이러한 옵션을 살펴본다.
이 모든 배터리는 어떤 방식으로든 전기 형태로 에너지를 저장한다.通常은 금속의 산화 및 환원을 통해 이루어진다.
문제는 철이나 알루미늄과 같은 매우 일반적인 금속이라도 여전히 많은 채굴을 필요로 한다는 것이다. 그렇다면 에너지를 다른 형태로 저장한다면 어떨까?
열을 저장한다
전기를 저장 수단으로 사용하지 않는 에너지를 저장하는 옵션은 놀랍도록 많다. 우리는 “에너지 전환을 위한 배터리의 비화학적 대안“에서 더 자세히 살펴보았다. 이러한 옵션에는 다음이 포함된다:
- 압축 공기.
- 중력 배터리(돌, 펌프 수력).
- 열 배터리.
- 플라이휠.
- 태양열.
각각의 옵션, 배터리와 비배터리,에는 장점과 단점이 있다. 이상적인 저장 에너지 솔루션은 몇 가지 특성을 충족해야 한다:
- 금속 및 희귀 재료가 필요하지 않다.
- 장기간 에너지 저장.
- 저렴한 비용.
- 제한 없이 쉽게 확장할 수 있다.
- 최소한의 손실로 전기로 사용할 수 있다.
첫 4/5 항목에 대해 열 저장은 청구서에 적합하다. 사암 배터리, 예를 들어 핀란드 회사 Polar Night Energy의 것과 같이, 여름의 과도한 에너지를 겨울까지 저장할 수 있다. 그리고それは 낮은 등급의 사암과 프레임 및 파이프에 약간의 금속만을 사용한다.
유사한 열 배터리는 Rondo Energy에서 구상하고 있으며, 1500도까지加熱할 수 있는 벽돌을 사용하여 시멘트 또는 강철 생산과 같은 산업 공정에 열을 사용한다.
이러한 열 배터리는 원하는 제품이 이미加熱된 경우에 잘 작동한다. 그것은 아파트의 지역 난방 또는 산업용 열이든간에 같다.
출처: Rondo Energy
그러나 열 배터리는 그리드에 에너지를 공급하기에는 적합하지 않은 것으로 생각되었다. 왜냐하면 열을 다시 전기로 변환하는 효율은通常 20-30% 범위에 있기 때문이다. 이것은 저장된 에너지의 4/5가 실제로 손실된다는 것을 의미한다. 또는, 다른 말로 하면, 저장된 에너지는突然 5배 더 비싸진다.
태양 에너지가 화석 연료 에너지와 같은 수준에 도달했지만, 여전히 5배 더 저렴한 것은 아니다. 그러나 이 문제는 열광 전자 볼타이틱스라는 기술의 혁신으로 임시적으로 해결될 수 있다.
열광 전자 볼타이ック 셀 – 열을 이용한 광전지
열광 전자 볼타이틱스는 전통적인 광전지와 유사한 방식으로 전기를 생성하는 아이디어이다. 그러나 그것은 태양광이 아니라 열, 즉加熱된 물질에서 방출되는 적외선으로 이루어진다.
전통적인 광전지 패널에서는 특정 임계값 아래의 모든 빛 頻率는 전류를 생성하기에 충분한 에너지가 없다. 이것은 모든 적외선에 해당한다. 왜냐하면 적외선 전자기파는 너무 낮은 에너지이기 때문이다.
이것 자체는 새로운 기술이 아니다. 그러나 그것은 항상 너무 낮은 효율 수준으로 인해 널리 채택되지 못했다. 그러나 미시간 대학교의 연구자들이 “고효율 공기 브리지 열광 전자 볼타이틱 셀“라는 과학적 간행물에서 발표한 결과에 따르면, 최근에 이러한 문제가 해결되었다.
그들은 1500도 이하의 온도에서 44%의 효율을 달성했다고 주장한다. 이는 이전 결과인 37%보다 훨씬 높다.
그리고 연구자들은 “미래에 50%에 도달할 수 있을 것”이라고 생각한다.
출처: Cell
열광 전자 볼타이틱 셀이 어떻게 작동하는가?
첫째, 저장 물질, 즉 돌, 모래, 탄소, 벽돌, 세라믹 등은 재생 가능 에너지의 과도한 전기 또는 직접 태양열로加熱되어야 한다.
1435도에서, 방출되는 적외선 광子の 약 20-30%는 연구팀의 열광 전자 볼타이틱 셀에서 전기를 생성하기에 충분한 에너지를 갖는다.
출처: Design Boom
다른 적외선 頻率는 열광 전자 볼타이틱 패널의 반도체에서 전기로 변환할 수 없었다.
그러면 어떻게 44%를 달성할 수 있었을까? 지능적인 “트릭”은 열광 전자 볼타이틱 셀에 반도체 바로 다음에 얇은 공기 층과 그 다음에 금 반사기를 추가하는 것이었다.
이것은 적절한 에너지 수준을 갖는 광자를 가두고 전기를 생성하기에 준비시켰다. 다른 광자는 저장 물질로 돌아가加熱되었다. 그러면 다시 열광 전자 볼타이틱 셀로 보내져 전기를 생성할 수 있었다.
본질적으로, 그것은 셀이 처음에 캐치하지 못한 것을 재활용할 수 있도록 허용한다. 그리고 전체 변환 효율을 높인다.
미래의 열 배터리
44% 또는 50%의 효율은 펌프 수력(70-85%) 또는 리튬 이온 배터리(85-95%)와 비교했을 때 그렇게 인상적이지 않을 수 있다.
출처: EESI
그러나 이것은 공용 규모의 에너지 저장의 대규모 배치가 기술만이 아니라 경제와도 관련이 있음을 간과한다.
배터리는 수년 후에 재활용해야 하는 수명이 있다. 그리고 리튬, 구리, 니켈, 코발트와 같은 금속의 생산량은 이미 전기차에 필요하기 때문에 배터리를 이러한 규모로 배치하기에 충분하지 않다.
반면에, 열 배터리는 거의 유지 보수가 필요 없는 수십 년 동안 지속될 수 있다. 그것은 거의 아무런 물질도 필요로 하지 않는다. 그것은 어디서나 어떤 크기로나 거의 아무런 영향을 받지 않고สร้าง될 수 있다.
마지막으로, 열은 수주 또는 수개월 동안 에너지를 저장해야 하는 경우 가장 효율적인 방법 중 하나이다. 거의 모든 종류의 배터리는 시간이 지남에 따라 전力を 많이 “누수”한다. 그러나 잘 격리된 열 저장 시스템은 그렇지 않다.
“배터리의 한 형태이지만, 전기화학 셀에서 리튬을 채굴해야 하는 것과는 달리, 전기차 시장과 경쟁할 필요가 없다.
수력 발전 에너지 저장을 위한 펌프 수력과 달리, 물源이 근처에 필요하지 않기 때문에 어디에でも 설치할 수 있다.”
따라서, 전체적으로 열 배터리는 재생 가능 에너지의 간헐성을 매끄럽게 하기 위한 완벽한 에너지 저장 솔루션이 될 수 있다. 그리고 풍성한 또는 맑은 달의 여분의 에너지를 겨울이나 우기철에 저장할 수 있다.
열 저장 / 열광 전자 볼타이틱 회사
1. II-VI Marlow / Coherent
(COHR )
II-VI Marlow는 II-VI Inc.의 한 지사이다. 이는 현재 비교적 작은 (현재) 열광 전자 볼타이틱 셀의 생산 분야에서 산업을 이끌고 있다. 2022년에 II-VI Inc.는 레이저 제조업체 Coherent Inc.를 인수하고 이후 회사 이름을 변경했다.
이 회사는 레이저, 광학, 광자학에서 사용되는 고급 재료(인듐 인화물, 에피택셜 와퍼, 갈륨 아르세나이드 등)에 전문가이다. 이는 지난 10년 동안 여러 인수를 통해 크게 성장했다.
출처: Coherent
회사의 열광 전자 볼타이틱 활동은 전체 수익의 작은 부분에 불과하다. 광섬유, 레이저, 기타가 수익의 대부분을 차지한다. 이것은 좋은 소식일 수 있다. 왜냐하면 이것은 또한 새로운 기술을 산업 규모로 빠르게 배치할 수 있는 자본을 가지고 있음을 의미하기 때문이다.
출처: Coherent
예를 들어, 과도한 재생 가능 에너지의 공용 규모 저장을 위한 거대한 시장…
미시간 대학교가 “특허 보호를 신청했고(…) 시장에 기술을 도입하기 위해 파트너를 찾고 있다”는 것을 고려하면, Coherent와 같은 회사가 새로운 열광 전자 볼타이틱 셀을 시장에 도입하는 것이 놀라운 일은 아닐 것이다. 특히 기존의 열광 전자 볼타이틱 및 유사한 고급 재료의 산업적 생산에 대한 전문 지식을 고려하면 더욱 그렇다.
2. Sumitomo Electric Industries (SMTOY)
미시간 대학교 연구자들이 사용한 열광 전자 볼타이틱 셀은 InGaAsP(인듐-갈륨-아르세나이드-인화물)”로 만들어졌다.
“따라서 우리는 공기 브리지 구조를 3원자에서 4원자 그룹 III-V 흡수체(InGaAsP, InP 기판에 적합)로 번역하여 목표 범위 내의 발射기 온도에서 효율을 향상시킬 수 있는지 조사한다.”
이 기술이 공용 규모의 에너지 저장을 위한 표준 형식이 된다면, 우리는 InGaAsP가 필요할 것이다. 그리고 많은 양이 필요할 것이다.
따라서 이 시나리오에서 InGaAsP를 30년 동안 생산을 이끌어온 일본의 총합 기업 Sumitomo에 베팅하는 것이 합리적이다.
30년 이상 동안, Sumitomo Electric의 반도체 부문은 세계에서 가장大的 갈륨 아르세나이드(GaAs) 및 인듐 인화물(InP) 생산업체로 자신의 리더십을 유지해왔다.
Sumitomo라는 이름은 III-V 재료에서 품질과 동의어가 되었다. Sumitomo Electric은 전 세계 고객에게 더 높은 수율과 일관된 전기적 특성을 가진 우수한 품질의 기판을 제공함으로써 이러한評判을 얻었다.
Sumitomo Electric Industries와 그 합성 반도체 부문은 더 큰 Sumitomo 총합의 한 부문이다. 이는 세계에서 가장 큰 총합 회사 중 하나이다.
Sumitomo Electric Industries의 주요 활동은:
- 통신 장비(광섬유, 5G)
- 자동차 와이어 및 고출력 케이블
- 전자제품(유연한 인쇄 회로, 데이터 와이어, 여과막)
- 고품질 재료(카바이드, 절단 도구, 프리스트레싱 강선).
출처: Sumitomo
고품질 재료의 대량 생산에 대한 전문 지식, InGaAsP 생산에 대한 리더십, 그리고 총합 회사로서의 비즈니스 연결은 Sumitomo Electric Industries가 열광 전자 볼타이틱의 대규모 채택의 주요 이익자가 될 것임을 보장할 것이다.
성장은 또한 디지털화, AI와 관련된 텔레콤 및 전기차 관련 제품(케이블, 와이어)市場의 붐에 좋을 것이다. 이러한 시장은 모두 성장하고 있다.
