Mas Maraming Enerhiya, Mas Kaunting Carbon Dioxide – Multi‑Pronged na Lapit ng Bagong Teknolohiya ng Baterya sa Kapanatagan

Baterya o Pagkuha ng Carbon? Bakit Hindi Pareho?

Ang pagtulak para sa berdeng enerhiya at elektripikasyon ay kadalasang pinapagana ng pangangailangan na bawasan ang carbon emissions sa konteksto ng pagbabago ng klima. Gayunpaman, ang solar at hangin ay likas na hindi palagian.

Kaya, habang mas maraming berdeng enerhiya ang nagpapagana sa grid, mas marami ring utility‑scale na baterya ang kinakailangan upang mag-imbak ng enerhiya sa panahon ng pinakamataas na produksyon at muling ipamahagi ito sa grid sa ibang pagkakataon. Ang utility‑scale na mga baterya ay malamang na gagamit ng napakaibang kimika kumpara sa mga EV, dahil hindi sila gumagana sa parehong mga limitasyon:

• Hindi kailangan ng mataas na densidad o magaan, ang mga utility battery ay maaaring itago sa lupa sa mga planta ng kuryente o dedikadong mga site.
• Lubhang sensitibo sa kabuuang gastos (konstruksyon + operasyon).
• Kailangan gumamit ng mura at saganang mga materyales upang maipakalat sa malawakang sukat, iwanan ang mga metal tulad ng kobalt, platinum, palladium, atbp, (o mas mainam pa kahit lithium).
• Kailangan ng napakahabang buhay na walang pagbaba ng kapasidad, ideal na nasa ilang dekada.

Ito ay isang paksa na aming masusing tinalakay dati sa aming artikulo “The Future Of Energy Storage – Utility-Scale Batteries Tech”, kung saan inilista namin ang karamihan sa mga posibleng kimika na nasa pag‑unlad para sa aplikasyon na ito.

Lahat ng mga bateryang ito ay gumagana upang gawing mas ekonomikal at malawakang magamit ang berdeng enerhiya, na magreresulta sa pagbawas ng carbon emissions. Gayunpaman, wala sa mga ito ang direktang nag-aambag sa pagbawas ng emissions o sa pagkuha ng carbon.

Kahit ang tinatawag na CO2 baterya ay muling maglalabas ng CO2 kapag na-discharge ang kuryente.

Maaaring magbago ito, salamat sa isang makabago at rebolusyonaryong disenyo ng baterya, na hindi lamang nag-iimbak ng enerhiya kundi gumagawa rin ng hydrogen at matibay na kumukuha ng carbon.

Mga Bateryang Nagkokolekta ng Carbon

Ang pagkuha ng carbon ay ang ideya ng pagkuha ng normal na inilalabas na CO2 at pagbabalik nito sa mga kapaki-pakinabang na produkto. Maaari mong basahin ang higit pa tungkol sa iba’t ibang teknolohiya ng pagkuha ng carbon sa artikulong ito ng Energy Tracker.

Pinagmulan: EnergyTracker

Hanggang ngayon, ang prosesong ito ay isang dagdag lamang sa mga industriyal na proseso at nagdadala ng karagdagang gastos nang walang praktikal na produkto kundi ang pagkuha ng carbon. Ang mismong proseso ay hindi kapaki-pakinabang.

Tinalakay namin nang mas detalyado ang kasalukuyang kalagayan ng pagkuha ng carbon sa aming artikulo “Top 5 Carbon Capture Stocks To Invest In”.

Ang mga mananaliksik sa Oak Ridge National Laboratory ay maaaring nakahanap ng paraan upang gawing integral na bahagi ng green energy power grid at mga kaugnay na baterya ang pagkuha ng carbon. Inilathala nila ang kanilang mga natuklasan sa Journal of Power Sources, sa pamagat na “Origin of deactivation of aqueous Na–CO2 battery and mitigation for long-duration energy storage”.

Na‑upgrade na Nakaraang Konsepto

Ang carbon‑capture na baterya ay isang upgrade mula sa tradisyonal na metal‑CO2 na nag‑cycle ng CO2 papasok at palabas habang nag‑oxidize ng metal (M), na maaaring sodium (Na), lithium (Li), o magnesium (Mg): CO2 ↔ MxCO3.

Isang paulit‑ulang isyu ng mga metal‑CO2 baterya ay ang pag‑deposito ng solidong discharge products tulad ng M2CO3(s) (M = Li o Na), Al2(C2O4)3(s), o MgCO3(s) sa ibabaw ng electrode na madalas nagdudulot ng pagbara sa porous na estruktura ng electrode.

Ang pagbabarang ito ay negatibong nakakaapekto sa baterya, mabilis na binabawasan ang kapasidad nito.

Upang malampasan ang problemang ito, nag‑develop ang mga mananaliksik ng dalawang posibleng baterya, isa na umaasa sa sodium at isa pa sa aluminum, parehong sagana at murang materyales.

Ang Na‑CO2 baterya ay umaasa sa isang iron‑nickel catalyst, na mas mura kaysa sa karamihan ng mga catalyst sa industriya.

Salungat sa mga nakaraang disenyo, ang bagong CO2 baterya ay hindi naglalabas ng CO2 sa anyong gas, kundi ang carbonate byproduct ay natutunaw sa liquid electrolyte.

Ang mga carbonates na ito ay maaaring panatilihin sa baterya o kolektahin kapag nag‑ipon at nag‑precipitate sa solidong anyo. Maaaring gamitin ito ng industriya ng parmasya o semento.

Ang tanging mga gas na inilalabas ay oxygen at hydrogen, na hindi nag‑ambag sa pagbabago ng klima at maaaring kunin pa upang lumikha ng enerhiya o fuel.

Pinagmulan: Oak Ridge National Laboratory

Pagtagumpayan ang mga Hamon sa Inhinyeriya

Ang ideyang ito ay tila napakagaling na maaaring nakakagulat na hindi pa ito nagawa noon.

Ang dahilan ay kailangan pang lampasan ang ilang teknikal na isyu upang maisakatuparan ito sa praktika.

Una, kailangang paghiwalayin ang mga electrode sa wet at dry chambers na may solid ion conductor sa pagitan. Ang conductor ay nag‑pabagal ng paggalaw ng electron, na nag‑baba ng kahusayan ng baterya.

Pangalawa, ang ganitong uri ng Na‑CO2 baterya ay hindi immune sa isyu ng film na nagde‑deposito sa electrode. Gayunpaman, natuklasan ng mga mananaliksik, gamit ang napaka‑advanced na microscopes at X‑ray machines, na ang hindi pantay na charging at discharging pulses ay pumipigil sa pagbuo ng film sa electrode.

“Iniulat namin sa unang pagkakataon na ang deactivated cell ay maaaring i‑reactivate.

At natuklasan namin ang pinagmulan ng deactivation at activation. Kung simetriko mong i‑charge‑discharge ang baterya nang masyadong matagal, mamamatay ito sa isang yugto. Kung gagamitin mo ang protocol na itinatag namin para sa aming cell, napakaliit ng tsansa ng pagkabigo.”

Ruhul Amin – ang lead researcher sa proyekto

Marahil mas kahanga‑ho pa, ang mga bateryang ito ay maaaring mangolekta ng CO2 gamit ang nakaimbak na enerhiya, kaya hindi lamang kapag tumataas ang produksyon ng renewable energy, na nagbibigay ng higit na flexibility. Maaari rin itong maging perpektong tugma upang mangolekta ng carbon mula sa mga peaker power plant na umaasa sa fossil fuels para mag‑produce ng kuryente kapag mahina ang hangin o hindi sumisiklab ang araw.

Paglipat sa Komersyal na Disenyo

Sa pagkakaroon ng proof of concept ng isang CO2 baterya na maaaring i‑reactivate, nagpatuloy ang koponan sa pagpapabuti ng performance upang matugunan ang mga pangangailangan ng isang viable na utility‑scale na baterya.

Para rito, nag‑develop sila ng isang Al‑CO2 baterya batay sa parehong prinsipyo ng Na‑CO2 prototype.

Ang prototype ay nakamit ang kahanga‑hang resulta, partikular:

• 600 oras (25 araw) na operasyon nang hindi nawawalan ng kapasidad.
• Sapat na imbakan para sa higit sa 10 oras ng kuryente na magagamit mamaya.

Ano ang Susunod?

Ang paggamit ng seawater bilang aqueous medium ay maaaring lubos na mapabilis ang bilis ng baterya at ang produksyon ng hydrogen+oxygen sa pamamagitan ng paglikha ng bleach mula sa chlorine atoms sa tubig. Kaya, maaaring gumana ang bateryang ito na may mas maraming kapaki-pakinabang na byproducts kaysa sa inaasahan noong una.

Isa pang hamon ay dalhin ang disenyo ng aluminum‑CO2 baterya sa mas malaking sukat na angkop para sa tunay na utility‑scale deployment.

Isa pang ginagawa ay bumalik sa Sodium‑CO2 baterya at mag‑develop ng napakafine, dense, mechanically stable na ceramic membrane upang paghiwalayin ang mga chamber ng baterya upang gawing kompetitibo ito sa komersyal na antas.

Mga Kumpanya ng Baterya

Dahil sa kanilang mga nakaraang limitasyon, kakaunti ang mga kumpanya ng CO2 baterya. Gayunpaman, ang mga inobatibong kumpanya ng baterya na may kasaysayan ng mabilis na pag‑adopt ng bagong teknolohiya ay maaaring samantalahin ang progreso sa larangan upang mag‑develop ng mga bagong kimika kung kinakailangan.

1. BYD Company Limited (BYDDF)

Ang BYD ay nangungunang kumpanya ng EV sa China, na may 1,860,000 na sasakyan na nabenta noong 2022, €20B na kita noong 2022, at isa sa pinakamalalaking pribadong kumpanya sa bansa.

Nagsimula ang kumpanya bilang unang supplier ng lithium‑ion baterya sa Motorola noong 2000 at pumasok sa automotive business noong 2003. Ngayon, aktibo rin ito sa mga bus, tren, semiconductor, at battery energy storage.

Pinagmulan: Byd Company

Salamat sa laki nito, “BYD Surpassed LG to Become the World’s Second-Largest EV Battery Supplier”

Sa labas ng merkado ng EV, ang BYD, tulad ng Tesla (TSLA ), ay naghahangad na gamitin ang napakalaking suplay ng baterya para sa iba pang merkado. Ilunsad nito ang Battery-Box para sa residential na paggamit, gamit ang cobalt‑free Lithium Iron Phosphate chemistry. Nag‑alok din ito ng New Energy package, na pinagsasama ang solar at storage solutions.

Pinag‑isa ang Battery-Box at New Energy, BYD Energy Storage System (ESS) ay nakapag‑ship ng higit sa 14 GWh ng storage capacity.

Pagmamay‑ari ng BYD ang kumpletong supply chain layout mula mineral battery cells hanggang battery packs. Nakatulong ito upang mag‑setup ng kanilang sariling proprietary recycling solution, gamit ang lumang baterya ng sasakyan bilang fixed storage o full battery recycling sa pamamagitan ng isang bagong subdivision noong 2022.

Ngayon, lumalawak ang BYD sa ibang bansa, lalo na sa Europa, na may planong quadruple ang maliit pa nitong market share, pati na rin lokal na produksyon sa Hungary, na may 150,000‑vehicle‑a‑year capacity na maaaring doblehin sa 300,000. Maaaring mag‑pressure ito sa mga lokal na tagagawa at sa Tesla, na may presyo na ngayon ay katumbas ng mga sasakyang pinapatakbo ng gasolina.

Mas maingat ang pag‑expand sa US dahil patuloy na tumitindi ang tensyon sa US‑China rivalry, na may 100% tariff na ipinataw sa mga sasakyang Tsino noong Spring 2024.

Pinagmulan: BYD

Sa malakas na growth prospects sa South America, Asia at Europe, pati na rin ang dominanteng posisyon sa China, ang pangunahing merkado para sa mga EV, ang stock ng BYD ay ang hindi gaanong kilala at mababang valuation multiples na alternatibo sa Tesla.

2. Contemporary Amperex Technology Co., Limited (300750.SZ)

Ang Chinese CATL ay malinaw na pinakamalaking kumpanya ng baterya sa mundo kung susukatin sa dami ng baterya. Noong 2022, ito ay nakagawa ng halos kalahati ng mga baterya ng mundo batay sa GWh.

Mayroon din itong ilan sa pinaka‑advanced na lithium iron phosphate baterya, na maaaring maging solusyon para sa paggawa ng mas mura at “sapat na dense” na baterya para sa low‑cost na EVs.

Ang expertise ng CATL sa battery chemistry ay umaabot din sa iba pang opsyon. Kapansin‑pansin, ang kahanga‑hang 160 Wh/kg Sodium‑ion baterya ay inanunsyo noong 2021. Ang pagpapalit ng lithium ng sagana at murang sodium ay nag‑aalok ng alternatibo sa lithium, na kamakailan ay napakabago at mataas ang presyo. At para sa mga aplikasyon na kinakailangan pa rin ang lithium, ang CATL ay nag‑invest din ng $1.4B upang mag‑develop ng lithium production sa Bolivia.

Ngunit pagdating sa performance ng baterya, ang CATL ay nasa pinaka‑unahan ng progreso. Una, inanunsyo nila ang 330 Wh/kg ultra‑durable “million miles” baterya na nag‑charge sa 80% sa loob ng 5 minuto at handa na para sa commercialization. Ang bateryang ito ay dapat magamit ng Tesla sa hinaharap at magiging bagong pamantayan para sa high‑performance na EVs.

Kamakailan din nilang inanunsyo ang record‑breaking 500 Wh/kg “condensed” baterya, na magiging sapat na dense upang mag‑power ng long‑range na EVs at eroplano. Inaangkin din nilang nakahanap ng paraan upang gawing mas mahusay ang baterya sa malamig na panahon, ngunit ito ay patuloy na kahinaan ng teknolohiya at problema para sa mga EV sa malamig na bansa.

Ang mga lider sa EV tulad ng Tesla at BYD, o mga ambisyosong bagong pasok tulad ng Toyota, ay maaaring mag‑develop ng kanilang sariling teknolohiya ng baterya bilang natatanging advantage. Ngunit ang natitirang bahagi ng industriya ng sasakyan, kabilang ang mga German, American, at Japanese automakers, ay naghahanap ng mga partner upang makasabay sa karera para sa advanced na baterya. Kabilang dito ang Ford, Nio, BAIC, Volvo & BMW, Honda, at Mercedes Benz.

Mayroon ang CATL ng production volume upang lubos na makinabang mula sa economies of scale sa paggawa ng baterya. Ang malaking sales volume nito ay direktang nagpapalakas ng scientific expertise at malaking R&D budget, na nagbibigay daan sa mas maraming breakthrough. Dahil hindi ito isang automaker, mas nagiging magandang partner ito para sa karamihan ng industriya kaysa sa kanilang direktang kakompetensya tulad ng BYD at Tesla.

Sa ngayon, nakatuon ang kumpanya pangunahing sa EVs. Maaaring lumipat ito patungo sa utility‑scale na mga baterya habang lumalago ang renewable energy production ng China at nag‑mature ang teknolohiya.

Sa kabuuan, ito ay nagbibigay ng matibay na argumento para sa CATL na manatiling lider sa buong mundo sa produksyon ng baterya. Gayunpaman, ang tumataas na tensyon sa pagitan ng US at China ay hindi dapat ganap na kalimutan, at ang stock nito ay maaaring mahuli sa gitna ng labanan sa kapangyarihan sa pagitan ng dalawang pinakamalaking ekonomiya sa mundo.