Ang Hinaharap ng Imbakan ng Enerhiya – Teknolohiya ng Utility-Scale na mga Baterya

Ang Pangangailangan ng Power Grid para sa mga Baterya

Ang mga baterya ay nag-evolve mula sa isang murang bahagi ng maliliit na elektronikong kagamitan tungo sa isang mamahaling susi na bahagi sa rebolusyon ng EV. Ngunit may isa pang segment maliban sa mobilidad na nangangailangan ng patuloy na lumalaking dami ng kapasidad ng baterya: ang power grid.

Ang mga renewable ay lumalaki bilang bahagi ng kabuuang paglikha ng elektrisidad. Ngunit mas hindi ito tuloy-tuloy kumpara sa mga planta na gumagamit ng fossil fuel, dahil kadalasan ay gumagawa lamang ito ng kuryente kapag sumisikat ang araw o umiihip ang hangin. Maaaring hindi ito magtugma sa oras ng pinakamataas na konsumo, na madalas ay sa gabi o taglamig. Ang power grid ay hindi nag-iimbak ng anumang kuryente ngunit kailangang balansehin ang produksyon at konsumo sa lahat ng oras.

Kaya’t habang dumarami ang paglikha ng renewable, mas maraming baterya ang kakailanganin upang panatilihing matatag ang iyong power grid. Ito ay isang malaking larangan ng bagong pamumuhunan sa enerhiya, kung saan ang mga utility-scale na proyekto ng baterya ay nakatakdang tumaas ng higit sa tatlong beses ng kasalukuyang kapasidad pagsapit ng 2025.

Pinagmulan: EIA

Sa ngayon, maraming mga battery park na ito ay gumagamit ng lithium-ion na mga baterya. Ngunit maaaring magbago ito.

Iba’t Ibang Pangangailangan

Sa ngayon, ang industriya ng baterya ay umunlad pangunahing upang tugunan ang pangangailangan ng maliliit na elektronikong kagamitan at merkado ng EV. Ito ay dahil pareho silang may magkatulad na pangangailangan para sa perpektong baterya:

• Magaan at maliit, kaya may mataas na densidad na sinusukat sa Wh/kg.
• Gumagana sa “normal” na saklaw ng temperatura.
• Hindi lubos na sensitibo sa presyo.
• Kayang tumagal ng hindi bababa sa 5-10 taon, na may humigit-kumulang isang buong charge kada araw.

Para sa tiyak na hanay ng mga pamantayang ito, ang teknolohiyang lithium-ion ang hanggang ngayon ang pinakamahusay para sa teknolohiya ng baterya. Maaaring magbago ito sa lalong madaling panahon, kasama ang mga posibilidad tulad ng solid-state na baterya, sodium-ion, o lithium‑iron‑phosphate (LFP) na mga baterya bilang posibleng alternatibo. Maaari mong basahin pa ang tungkol dito sa aming artikulo: “The Future of Mobility – Battery Tech”.

Ngunit ang mga baterya para sa power grid / utility‑scale ay may napakaibang pangangailangan.

• Walang mahigpit na limitasyon sa bigat. Ang mga baterya ay hindi gagalaw kaya ang bigat na makakapinsala sa isang EV ay hindi problema.
• Walang mahigpit na limitasyon sa espasyo. Ang mga battery park ay itatayo sa murang lupain sa paligid ng mga istasyon ng kuryente. Hindi kailangang ipakete ito nang masikip sa loob ng isang computer o EV.
• Ang mataas na temperatura ay hindi gaanong problema. Kung ang isang tiyak na kimika ay mas mahusay sa 200°C, hindi nito susunugin ang mga pasahero ng EV. Gayunpaman, sa karamihan ng mga bansa, kailangang tiisin ng mga baterya ang malamig na panahon, dahil ang pagpapanatiling mainit ito sa taglamig ay magiging napakamahal. Isang bagay na maaaring maging hamon para sa mga bateryang lithium‑based.
• Ang gastos bawat Wh ang pinakamahalagang salik.
• Kapag mas matagal ang buhay ng baterya, mas mahabang panahon ang maaaring i‑amortize ang gastos nito, kung saan ang mga utility company ay sanay mag‑invest sa loob ng 30‑40 taon.

Dahil sa napakaibang pangangailangan sa pagitan ng mga EV at utility‑scale na baterya, hindi nakapagtataka na may mga bagong teknolohiya at bagong kimika ng baterya na binubuo upang magbigay ng mas cost‑effective na solusyon sa mga kumpanya ng enerhiya at mga operator ng grid.

Sa praktika, maaari nating asahan na ilang magkaibang teknolohiya ng imbakan ng enerhiya ang “magwawagi” nang magkasama, dahil ang ilan ay mas angkop para sa agarang pag‑balance ng grid, at ang iba ay para sa iba’t ibang saklaw ng oras (oras, linggo, buong panahon).

Pinagmulan: CleanTech

Habang nagbibigay ang artikulong ito ng pangkalahatang-ideya tungkol sa paksa, maaaring gusto mo ring basahin ang detalyadong ulat na ito mula kay Ara Ake tungkol sa mga stationary energy storage system.

Mga Bagong Kimika ng Baterya para sa Grid‑Scale na Aplikasyon

Mga Bagong Kimika na Nanggaling sa EV

Ang paggawa ng mga baterya ay isang laro ng pagsasaklaw. Ang pinakamalalaking batch ng produksyon, na may pinakamalalim na supply chain, ay maaaring mag‑manage ng economies of scale at kaya’t mas murang gastos bawat Wh.

Dahil dito, maraming utility‑scale na kumpanya ng baterya ang tumataya sa mga mababang‑gastos na kimika ng baterya na ginagamit na sa mga EV upang palitan ang lithium‑ion‑based na imbakan.

Mga LFP Battery

Isang opsyon ay ang LFP (lithium‑iron‑phosphate), isang magandang kandidato para sa mababang‑gastos na baterya ng EV, at isang kimika ng baterya na hindi umaasa sa mamahaling cobalt at nickel. Mas matagal din ang kanilang buhay kumpara sa lithium‑ion, kaya mas ekonomiko sa pangmatagalan. Ito ay kasalukuyang magagamit na sa mga handa‑na, utility‑scale na solusyon, kabilang ang mga nangunguna sa sektor tulad ng CATL o BYD.

Mga Sodium‑Ion Battery

Bukod sa cobalt at nickel, ang lithium mismo ay maaaring maging napakamahal minsan, depende sa pag‑fluctuate ng presyo ng lithium. Kaya ang pagpapalit nito ng saganang sodium ay makatutulong na higit pang magpababa ng presyo. Medyo mas mababa ang energy density (Wh/kg) kumpara sa LFP, ngunit mas mura, kaya maaaring maging mas magandang kandidato para sa kimika ng baterya na maaaring magamit kapwa sa mga EV at sa power grid.

Redox Flow Batteries

Ang mga kategoryang ito ng baterya ay umaasa sa kemikal na proseso ng oxidation at reduction ng metal. Maaaring gamitin ang iba’t ibang metal para sa redox‑flow batteries, pati na rin ang iba pang uri ng ion flow.

Pinagmulan: CellCube

Mga Iron‑Air Battery

Ang mga bateryang ito ay gumagana sa pamamagitan ng paggamit ng oxidation ng bakal (karaniwang kilala bilang kalawang). Ang mga baterya ay gumagawa ng kuryente sa pamamagitan ng pag‑oxidize ng bakal, at pagkatapos ay binabaliktad ang proseso sa pamamagitan ng pag‑consume ng kuryente.

Ang pangunahing bentahe ay sa paggamit ng napakabarang materyales, maaaring maging napakakost‑epektibo ang mga bateryang ito. Ang mga tagapagsulong ng teknolohiyang ito ay nagsasabing ang mga iron‑air battery ay 10 beses na mas mura, mas mahusay ang performance, at 17 beses na mas matagal ang buhay. Ang kahinaan na malaki, mabigat, at mabagal mag‑charge o discharge ay hindi dapat maging isyu para sa utility‑scale na aplikasyon. Ang mga kumpanya tulad ng Form Energy ay nagsisimula nang magtayo ng mga pasilidad para sa mass manufacture ng mga bateryang ito.

Mga Zinc Battery

Gamit ang isa pang murang metal, kinabibilangan ang mga bateryang ito ng maraming opsyon tulad ng zinc‑bromine, zinc‑manganese, o zinc‑air na kimika. Ang pangunahing bentahe ng teknolohiyang ito ay ang napakahabang storage capacity, na may napakakaunting pagkawala/discharge. Maaaring maging magandang kandidato ito para sa pag‑imbak ng enerhiya mula sa hangin, kung saan ang mga araw na walang hangin ay maaaring umabot ng ilang linggo, isang hamon para sa mga bateryang may mas maikling storage. “Inaasahang aabutin ng 10% ng storage market ang mga zinc battery pagsapit ng 2030, ayon sa energy analyst na si Avicenne Consulting”. Ilang kilalang kumpanya sa larangang ito ay Redflow (zinc‑bromine) at Zinc8 (zinc‑air).

Vanadium Redox Flow Batteries – VRFB

Ang vanadium ay isang metal na karamihan ay ginagamit ngayon sa paggawa ng stainless steel. Sa mga baterya, maaari itong lumikha ng mga baterya na pinakaangkop para sa pang‑araw‑araw na cycle at pag‑smooth ng production curve ng mga renewable sa araw, dahil kaya nitong hawakan kahit 10 charge‑discharge cycle kada araw, habang may magandang retention capacity hanggang 24 oras. Ang buhay ng baterya ay maaaring umabot ng 20‑25 taon, at kahit ganoon ay kailangan lamang palitan ang mga bahagi ng plastic frame, habang halos ganap na nare-recycle ang mga metal component.

Ang sektor ay napaka‑aktibo, kasama ang mga kumpanya tulad ng CellCube, Invinty Energy Systems, Rongke Power, at VRB Energy na nagtatrabaho sa teknolohiyang ito.

Sea‑Salt / Aqueous Saltwater Batteries

Ang konseptong ito ay umaasa sa daloy ng mga ion ng asin sa pamamagitan ng isang membrane para sa pag‑imbak ng enerhiya. Ang ilang bersyon ng bateryang ito na ginawa ng Salgenx ay hindi na gumagamit ng membrane, na nagbabawas ng gastos, komplikasyon, at maintenance, ngunit may custom‑made na electrolyte na hindi nahahalo sa tubig.

Molten Metal Batteries

Ang konsepto ay batay sa aluminum smelting, isang proseso na labis na kumukonsumo ng kuryente; paano kung ito ay baliktarin?

Maraming gastos ng baterya ang nagmumula sa kahirapan ng paggawa nito. Ang mga anode at cathode ay kailangang perpektong paghiwalayin upang maiwasan ang shortcuts.

Sa isang molten metal battery, ang lahat ng 3 pangunahing sangkap—anode, cathode, at electrolyte—ay likido. Sila ay kusang naghihiwalay dahil sa magkaibang densidad ng likido. Ang katotohanang walang solidong sangkap ay dapat sa teorya magpahaba nang malaki sa buhay ng baterya, pati na rin mag‑allow na mag‑charge at discharge nang napakabilis at maging ganap na recyclable.

Ang kumpanyang Ambri, na gumagamit ng calcium at antimony na baterya, ay naglalayong mag‑produce ng 200,000 na baterya cell kada taon sa kanilang bagong pabrika pagsapit ng 2024, at naging supplier ng Microsoft mula 2022.

Pinagmulan: Ambri

Ang kumpanyang NGK insulator ay nagtatrabaho rin sa isang sodium‑sulfur molten salt battery, at ang kumpanyang FZSoNick ay nagtatrabaho sa isang sodium‑nickel‑chloride battery.

Metal Hydrogen / Nickel Hydrogen Batteries

Ang mga bateryang ito ay nag‑cycle ng hydrogen patungo sa tubig at pagkatapos ay nag‑oxidize ng isang metal. Bagaman ang nickel ay hindi ang tanging posibleng cathode metal sa teknolohiyang ito (maaaring maging manganese, lead, o iron ang mga alternatibo), ito ang pinaka‑karaniwan at may pinakamataas na energy density.

Ito ang uri ng baterya na ginagamit ng NASA sa ISS (International Space Station).

Ang teknolohiyang ito ay may bentahe ng pagiging napakatiyak, walang maintenance, at kayang pamahalaan ang malawak na saklaw ng temperatura (‑40 hanggang +60°C).

Ang teknolohiyang ito ay partikular na pinopromote ng Enervenue, na lumabas mula sa stealth mode noong 2020, na nagpakita ng bagong bersyon ng kanilang baterya na may 30‑taon, 30,000‑cycle na buhay na inilabas noong Setyembre 2023. Ang mga hydrogen‑manganese battery ay binuo ng RFC Power.

CO2 Batteries

Ang pagtaas ng antas ng CO2 ay ang puwersang nagtutulak sa pag‑push ng mga renewable at electrification, at samakatuwid ay sa pagtaas ng pangangailangan para sa mga baterya. Kaya’t medyo ironic na ang parehong molekula ay nagiging ginagamit upang mag‑imbak ng enerhiya mula sa mga renewable.

Noon Energy CO2 battery ay naghahati ng CO2 sa carbon at oxygen upang mag‑imbak ng enerhiya. Ang flow battery ay pinapatakbo sa mataas na presyon at temperatura mula 50 hanggang 200 bar at 600 hanggang 800 °C. Ang uri ng bateryang ito ay unang dinevelop para sa Mars Rover Perseverance.

Hindi dapat ito ikalito sa “CO2 battery” mula sa Energy Dome, na umaasa sa cycle ng liquefaction at evaporation ng CO2, kaya hindi ito tunay na baterya, kundi mas kahawig ng compressed gas energy storage.

Sodium‑Sulfur Batteries

Ang mga bateryang ito ay, sa ngayon, limitado sa mga aplikasyon kung saan ang baterya ay pinananatiling nasa mataas na temperatura (300 °C). Maaaring hindi ito maging isyu para sa utility‑scale na aplikasyon. Gayunpaman, ang teknolohiya ay medyo bago pa at kulang pa sa scale at mass production sa ngayon. Ang paggawa ng mga bateryang ito na napakatagal ay maaari ring maging hamon sa teknolohiya.

Polymer Batteries

Tinatawag din na plastic batteries, ang konseptong ito ay gumagamit ng conductive polymer imbes na lithium o iba pang metal. Ang pangunahing bentahe ng konseptong ito ay nakasalalay sa simpleng paggawa at mga materyales na madaling ma‑access. Ang resulting na baterya ay magiging napakatagal at madaling operahan nang ligtas.

Polyjoule, isang MIT spin‑off, ay isa sa mga nangunguna sa ideyang ito. Ngunit maaaring sa pangmatagalan ay hindi ito maging uri ng baterya na makakapagpababa ng gastos nang kasing laki ng ilang iba pang alternatibo.