Зберігання енергії є в центрі глобального переходу на низьковуглецеву економіку.
За даними аналізу BloombergNEF, ринок глобального зберігання енергії у 2023 році додав рекордні 45 гігаватів нових потужностей, що в три рази більше, ніж у 2022 році. Зі збільшенням використання електромобілів та відновлюваних джерел енергії зростає потреба в акумуляторах та паливних елементах на водні.
Проте швидка експансія інфраструктури зберігання енергії має свою ціну. Бум електромобілів призвів до дефіциту літію з 2022 року, незважаючи на 180% збільшення виробництва порівняно з 2017 роком. Тиск на видобуток більшої кількості мінералів для акумуляторів також загрожує деяким з найбільших, найрізноманітніших і чутливих природних екосистем світу.
Щоб впоратися з цією проблемою, вчені прагнуть знайти нові матеріали, які можуть революціонізувати зберігання енергії. Багато з цих інновацій ще не доступні на комерційному рівні, але вони є частиною зусиль, щоб не дати глобальному переходу на чисту енергію зупинитися або створити власну екологічну кризу.
Пальчасті паливні елементи
Паливні елементи на водні забезпечують безвуглецеву енергію, але мають «брудну» таємницю. Звичайні мембрани – це компонент паливного елемента, що дозволяє хімічним реакціям генерувати електрику, складаються з полімерної основи, що містить перфлуоро хімікати (PFCs). PFCs – це тип «вічних хімікатів», які, як свідчить їхня назва, можуть залишатися в навколишньому середовищі сотні, якщо не тисячі років. Вони також пов’язані з численними проблемами зі здоров’ям, такими як ожиріння, рак і проблеми з фертильністю.
Оскільки світова потреба в паливних елементах на водні зростає, то, відповідно, зростають і масштаб їхнього впливу. Учені з ETH Zurich у Швейцарії та Nanyang Technological University у Сінгапурі розробляють альтернативний матеріал, використовуючи побічний продукт птахівництва.
Пір’я курки на 90% складається з кератину, волокнистого білка, який можна видобути та перетворити в біорозкладну мембрану, що служитиме «дроп-ін» рішенням у виробництві паливних елементів на водні, зазначає Раффаеле Мецценга, науковець з ETH Zurich. Для виготовлення одного квадратного метра мембрани товщиною з людське волосся потрібно 100 грамів курячого пір’я. Дослідники вже використовували свою технологію в лабораторії для живлення світлодіодної лампи та оцінюють продуктивність нових матеріалів в промислових умовах.
Акумулятори з залишків вина та брухту заліза
Якщо розібрати літій-іонний акумулятор (чого не рекомендується робити), ви, ймовірно, знайдете графіт. Цей м’який, блискучий темно-сірий мінерал – домінуючий матеріал, що використовується для створення анодів, які сприяють потоку електричного заряду. Але видобуток графіту є шкідливим як для здоров’я людей, так і для навколишнього середовища. Очищення сировини до акумуляторного класу є ще однією небезпекою, оскільки залучає небезпечні хімікати.
Щоб зменшити залежність акумуляторів від графіту, група австралійських дослідників створила новий матеріал для анода, поєднуючи органічні кислоти з металевими частинками, такими як залізо. «Це прямий замінник графіту», – говорить Нірадж Шарма, професор Університету Нового Південного Уельсу в Сіднеї, про патентовану інновацію своєї команди. Оскільки сировина для нового матеріалу доступна з промислових відходів, Шарма стверджує, що їхній підхід дозволяє акумуляторам зберігати в два рази більше енергії, ніж звичайні. Це означає, що водії електромобілів потенційно можуть отримати ту ж дальність з меншим акумулятором.
Але для впровадження продукту з лабораторії в реальний світ, дослідники ще повинні довести міцність матеріалу та з’ясувати, як масштабувати прототип акумулятора до комерційного розміру — процес, який займе роки.
Молекули, що забезпечують альтернативу акумуляторам
У лабораторії Університету Північного Захід у США вчені створили новий тип молекули, яка може самозбиратися у воді. Остаточний продукт, за словами учених, є новим матеріалом, який можна заряджати так само, як акумулятор.
Це пов’язано з тим, що новий матеріал є ферої електричним, що дозволяє зберігати електричну енергію, коли контакт з напругою, каже Семюел Ступ, професор Північно-Західного університету, який керує дослідженнями.
Оскільки ферої електрики вперше були виявлені у 1920 році, вони широко використовуються для зберігання енергії. Однак традиційні ферої електричні матеріали часто містять рідкісні або токсичні метали. Це не стосується матеріалу, розробленого в Північному Західному університеті, який, за словами Ступа, має набагато менший вплив на навколишнє середовище.
Половина молекул виготовлені з амінокислот, які широковідомі в білках і можуть бути отримані з харчових відходів, за словами Ступа. Інша половина виготовлена з нафти, але вони не такі важкі для розкладання, як більшість нафтопродуктів, таких як пластик. «Вони потенційно біорозкладні», – говорить Ступ.
Оскільки матеріал є гнучким і може працювати під низькою напругою, стверджує Ступ, його можна використовувати як джерело живлення для носимих пристроїв або навіть включити його у тканину для одягу.
Залишити відповідь