Nová technológia solárnych batérií ponúka výkon domácnosti 2,5 centimetra za kWh

Anonim

Nová technológia solárnych batérií ponúka výkon domácnosti 2, 5 centimetra za kWh

prostredie

Jeff Salton

2. september 2009

2 obrázky

Jeden z menších prototypov solárnych batérií Ceramatec NaSICON (Foto: Ceramatec)

Ako súčasť neustáleho snaženia človeka získať čo najväčší úžitok zo solárnej energie, spoločnosť CoamTeek, spoločnosť so sídlom v meste Salt Lake City, spoločnosť CoorsTek v oblasti výskumu a vývoja, urobila to, čo považuje za obrovský prelom v batériách na uchovávanie energie využívanej z slnko. Spoločnosť robí impozantné útoky na prototyp hlbokej akumulátorovej batérie veľkosti malej chladničky, ktorá bezpečne pracuje pri izbovej teplote, pozostáva z každodenných materiálov a môže produkovať energiu pre domácnosť na úrovni 2, 5 centimetra za kWh. A čo viac, Ceramatec hovorí, že bude lacné nakupovať.

Keďže zachytávanie slnečnej energie je lepšie a lacnejšie, bezpečnosť zostáva problémom pri diskusii o skladovaní batérií. V súčasnej dobe sú veľmi výkonné batérie s vysokou hustotou energie ničím viac ako umelé sopky - obrovské nádoby z veľmi horúceho roztaveného sodíka, ktoré sa pohybujú okolo 600 ° C. Pri tejto teplote je materiál veľmi elektricky vodivý, ale je tiež toxický a žieravý. Chceli by ste jeden vo vašom suteréne?

Namiesto toho batéria Ceramatec obsahuje veľký kus pevného kovového sodíka spojeného so zlúčeninou síry papierovou tenkou keramickou membránou. Membrána vedie ióny - elektricky nabité častice - tam a späť, aby vytvorili prúd. Spoločnosť počíta, že batéria bude schopná udržať energiu v rozmedzí 20-40 kWh do chladiaceho priestoru, ktorý funguje pri teplote okolo 90 ° C alebo nižšej. Jedná sa možno o jediný spôsob, ako tento typ technológie hustých batérií bude niekedy schválený na použitie v domácnostiach - bezpečné, malé (relatívne) a lacné na nákup.

Ceramatec hovorí, že nová generácia batérií prinesie kontinuálny tok elektrickej energie 5 kW počas štyroch hodín. Ak to nie je napájanie celého domu, určite to doplníte. Očakáva sa, že tieto batérie vydržia denné cykly vybíjania / nabíjania v priebehu 10 rokov (3 650 krát). Batérie by sa dúfali, že sa budú predávať za približne 2 000 USD, čo je menej ako 3c za kWh počas životnosti batérie. Konvenčná energia z rozvodnej siete zvyčajne stojí okolo 8 c za kWh - a naďalej stúpa.

V súčasnosti väčšina hlbokých cyklistických batérií nemá život dlhú dobu. Denné použitie zvyčajne vedie k trvalo vybitému akumulátoru približne za 12 mesiacov.

Nie je divu, že vzhľadom na to, že americká elektrická sieť a ďalšia elektrická infraštruktúra na celom svete sa blíži k bodu zlomu, schopnosť domácností generovať, ukladať a časovo posúvať svoju vlastnú moc má vlády a korporácie, záujem o vývoj.

Pozadie

Spoločnosť Ceramatec mala svoje korene v batériovej technológii v 80-tych rokoch, keď bola priekopníkom vývoja beta-oxidu hlinitého sodného pre batérie Na / S pre Ford. Ide o technológiu, ktorá sa v posledných rokoch opäť objavila prostredníctvom japonskej spoločnosti NGK. Odvtedy spoločnosť Ceramtec vedie takmer žiadny výskum a vývoj v oblasti batérií. "Prakticky všetko úsilie v oblasti výskumu a vývoja za posledných desať rokov sa v USA zameralo na lithium-iontové batérie pre trakčné aplikácie" povedal Gizmag Grover Coors, hlavný vedec pre vývoj batérie a jedného z vlastníkov Ceramatec.

Povedal, že záujem o inžinierske riešenia pre fotovoltaiku (PV) v USA sa v posledných dvoch až troch rokoch naozaj zvýšil, pretože výrobcovia fotovoltaických elektrární a inžinierske spoločnosti začali si uvedomovať, že nemôžu v reálnom čase vysielať ľubovoľné množstvo energie zo solárnych panelov a veterné farmy bez možnosti "časového posunu".

"Pracovali sme na niekoľkých batériách na báze sodíka pre primárne použitie (nedobíjateľné), ale sekundárna batéria s hlbokým cyklom je relatívne nová, " povedal Coors.

"Odvtedy sa Ceramatec zameriava na iný keramický sodíkový iónový vodič nazývaný NaSICON, ktorý má jedinečné vlastnosti, ktoré umožňujú vytvoriť nízko nákladnú sodíkovú batériu v izbovej teplote."

Uviedol, že Ceramatec ešte nemá prototyp, ale batéria je v súčasnosti v ranom štádiu výskumu a vývoja a prvý prototyp bude testovaný počas nasledujúcich niekoľkých rokov.

Coors povedal, že vynález spoločnosti Ceramatec nebude nahradiť chorú elektrickú sieť, ale bude ju môcť podstatne doplniť.

"Všetky najlepšie scenáre zahŕňajú nejaký distribuovaný výkon pripojený k sieti. Predstavte si, že v okolí Los Angeles budú posypané 100 000 energie 20 kWh elektrickej energie (EES). Technológie "inteligentnej siete " to umožňujú, ale opäť, bez nejakej formy spoľahlivého a distribuovaného ukladania na časové posuny PV neskôr v priebehu dňa, PV samo osebe nemôže usmerniť potrebný posun paradigiem. "

V srdci.

To, čo robí Ceramatec batériu prijateľnou pre domáce použitie, je materiál v jeho srdci, NaSICON, čo znamená Na (sodík) Super iontový vodič. Coors hovorí: "ide o hustý, spekaný keramický materiál so 100% selektivitou na transport sodíkových iónov. Ak ste oboznámení s technológiou palivových článkov na báze pevných oxidov (SOFC), ide o analógové vodiče kyslíkových iónov zirkónia, s výnimkou toho, že má pri izbovej teplote vodivosť, ktorú zirkón má pri 600 ° C. Ceramatec má teraz veľa skúseností s výrobou tohto materiálu vo veľkom množstve pre množstvo iných aplikácií, kde je užitočný transport sodíkových iónov.

Pre tých, ktorí nie sú oboznámení so systémom SOFC, ide o keramické zariadenia, ktoré pracujú s uhľovodíkovými palivami (na rozdiel od vodíka), ako je zemný plyn a uhoľný plyn. Prevádzková teplota je vysoká, okolo 800 ° C. Coors tvrdí, že návrh pre bezpečnosť je najvyššou prioritou spoločnosti. Verí, že jeho batérie sú bezpečné držať doma. "Myslím si však, že verejné a súkromné ​​nástroje budú vlastniť a udržiavať skladovacie aktíva. Efektívne nasadenie distribuovaného úložného priestoru vyžaduje, aby nástroje vždy vedeli, aký je stav nabíjania každej batérie a potom je schopný na diaľku dodávať elektrickú energiu podľa potreby. Toto je jeden z koncepcií inteligentnej siete. To v žiadnom prípade nie je všeobecne držaný pohľad. Scénáre mimo siete a siete, ktoré sú paralelné, však v mestských prostrediach nemajú ekonomický význam. "

Keď sa spoločnosť Coors opýtala, prečo nie "preskočiť stredného človeka " a mať skladovanie v solárnych paneloch, ktoré sedia na strechách, povedal: "FV bunky majú tvarový faktor, ktorý uprednostňuje veľké ploché plochy. Tento tvarový faktor je ťažké optimalizovať pomocou batérií. Batéria, ktorú budeme budovať, bude tvarovaná ako malá chladnička. Takisto, ako som už vysvetlil, najlepšia stratégia zavádzania je podľa môjho názoru na strane nástrojov meradla. Solárne panely spravidla vlastní majiteľ domu a sú pripojené na druhej strane merača. Takže nie je zmysluplné spoločné vyhľadávanie FV a ukladania. V prípade, že by skladovanie mohlo byť tak lacné, že by náklady na vlastníctvo uprednostňovali majiteľa domu, potom by to mohlo dopadnúť inak, než si v súčasnosti predstavujem. "

Coors hovorí, že Ceramatec sa snaží vytvoriť batérie, ktoré môžu trvať 15-20 rokov. "Na rozdiel od olovených kyselín, NiCad a iných batériových variantov používa naša batéria bežné a lacné materiály a neobsahuje nič, čo by vyžadovalo neobvyklé postupy likvidácie. Budú existovať niektoré zložky, ako napríklad kov sodný a nikel, ktoré môžu vyžadovať obnovu z komerčných, nie z environmentálnych dôvodov. "

Zatiaľ čo bol Coors nadšený z publicity, ktorú Ceramatec priniesol svojím oznámením, jemnejšie body tohto objavu sú stále obalené tajomstvom.

"Vo verejnej sfére nie je nič iného ako niektoré patenty a čo možno získať z našich webových stránok. Naša práca je veľmi majetková a bola vykonaná v konečnom stealth, "hovorí.

Spoločnosť Coors verí, že v minulosti bolo ukladanie energií príliš nákladné na poskytnutie primeranej návratnosti investícií. "Dlhý pól tohto stanu je cena za kWh. Skladovanie je vo všeobecnosti nákladné a pridáva sa k tomu, čo sa nazýva "vyrovnané náklady na vlastníctvo" (LCOE). Batéria, ktorú budeme konštruovať, bude schopná odoslať 40 000 kWh na kilowatt, čo znamená, že náklady na skladovanie po dobu životnosti batérie budú 2, 5 c za kWh. Väčšina vývojárov batérií pre trh s elektrickou energiou buď nerozumie tejto metrike, alebo sa rozhodla ignorovať, pretože ich batérie sú buď príliš drahé na nákup alebo príliš drahé na prevádzku. "

Či technológia uvidí akumulátorové batérie, ktoré vlastníte, a umožní vám časovo posunúť vašu investíciu do solárnej energie do chvíle, keď ju chcete alebo potrebujete, alebo ak pomôcky budú vlastniť batérie a vyčistiť ich v špičkových časoch, aby si uložili svoje oslabenie energetických sietí, bude to len čas. Najdôležitejší poskytovatelia energie budú pravdepodobne pozorne sledovať tento vývoj batérie, pretože nákup niekoľkých stoviek tisíc batérií môže byť oveľa lacnejší ako budovanie nového pohonného ústrojenstva a súvisiacej infraštruktúry.

Ale nechajte vozík pred koním. Najprv potrebujeme skladovanie batérií, aby sme dosiahli trojstranný cieľ bezpečného, ​​malého a lacného - čo Ceramatec dúfa, že bude schopný poskytnúť.

Laboratórium Ceramatec zachytáva tajomstvo, pretože práca na solárnej batérii pokračuje

Jeden z menších prototypov solárnych batérií Ceramatec NaSICON (Foto: Ceramatec)