目前的鋰離子電池技術(shù)可能無(wú)法應(yīng)對(duì)未來(lái)幾十年對(duì)能源的巨大需求。據(jù)估計(jì)，到2050年，電力將占世界能源結(jié)構(gòu)的50%。今天這個(gè)比率是18%。但可再生能源產(chǎn)能的裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將增加四倍。這將需要更高效，更便宜和環(huán)保的電池。
目前在世界許多地方研究的替代方案之一是鋰空氣電池。在2019年2月11日至12日舉行的倫敦FAPESP周第二天，我們展示了巴西尋找此類設(shè)備的一些努力。
“今天有很多關(guān)于電動(dòng)汽車的討論。一些歐洲國(guó)家也在考慮禁止使用內(nèi)燃機(jī)。此外，像太陽(yáng)能這樣的可再生能源需要電池來(lái)存儲(chǔ)白天通過(guò)太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的東西，”魯本斯·馬西爾·菲略說(shuō)。 ，坎皮納斯大學(xué)(UNICAMP)化學(xué)工程學(xué)院教授。
目前僅在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上起作用的鋰 - 空氣電池使用環(huán)境氧作為試劑。電池通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)存額外的能量，導(dǎo)致形成氧化鋰。
“這是一種可持續(xù)的電能儲(chǔ)存方式。憑借先進(jìn)技術(shù)，它可以支持多次放電/充電循環(huán)。它在運(yùn)輸，輕型和重型車輛等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。它還可以用于配電網(wǎng)絡(luò)，”研究員說(shuō)。
但是，將實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為商業(yè)上可行的產(chǎn)品涉及了解該過(guò)程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)的基本原理。
“它還需要開發(fā)新材料，使我們能夠利用理想的反應(yīng)，盡量減少或避免不良反應(yīng)，”新能源創(chuàng)新中心(CINE)主任馬西爾說(shuō)。該中心由UNICAMP，核能研究所(IPEN)和圣保羅大學(xué)圣保羅化學(xué)研究所(USP)的單位組成，由FAPESP和殼牌在工程研究中心計(jì)劃(ERC)的支持下提供支持。
他接著解釋說(shuō)，有些現(xiàn)象需要在手術(shù)中，或者換言之，實(shí)時(shí)觀察。“我們的想法是跟蹤動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的反應(yīng)以及形成的不同化學(xué)物質(zhì)，即使是暫時(shí)的。
否則，過(guò)程中的某些階段會(huì)丟失，電池在充電時(shí)間和充電時(shí)間方面效率低下。“
為了進(jìn)行這些測(cè)量，研究人員正在位于坎皮納斯的巴西能源和材料輕質(zhì)研究中心(CNPEM)使用國(guó)家同步輻射光實(shí)驗(yàn)室(LNLS)。
會(huì)議期間提出的另一個(gè)項(xiàng)目涉及硫磺空氣電池。盡管效率不高，但它們價(jià)格便宜并可存儲(chǔ)數(shù)小時(shí)的能量。“它們可以以非常低的成本儲(chǔ)存能量長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)。它的主要成分是硫磺和苛性鈉，它們非常便宜。這就是我們投資它們的原因，”帝國(guó)理工學(xué)院教授奈杰爾布蘭登說(shuō)。
由于這些特性，硫 - 空氣電池可用于家庭或企業(yè)。然而，布蘭登認(rèn)為，他們最大的潛力在于電動(dòng)汽車的充電站，由于歐洲的目標(biāo)是到2050年將碳排放量減少80%，這將變得更加普遍。
“重要的是要強(qiáng)調(diào)這樣一個(gè)事實(shí)，即不同的電池項(xiàng)目不會(huì)相互競(jìng)爭(zhēng)，而是相互補(bǔ)充，”倫敦布魯內(nèi)爾大學(xué)會(huì)議主持人杰夫羅杰斯說(shuō)。
太陽(yáng)，氫和生物燃料
在預(yù)期使用太陽(yáng)能的情況下，更高效的電池尤為重要。白天的太陽(yáng)輻射峰值需要有效儲(chǔ)存能量，因此可以在夜間使用。
Maciel還談到了CINE的一個(gè)項(xiàng)目，以開發(fā)更高效的光伏電池，可用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能以及獲得化學(xué)產(chǎn)品，甚至水解水。
液態(tài)氫是一種非常有效的燃料，但其生產(chǎn)需要高能源成本。這是英國(guó)正在考慮的選擇之一，因?yàn)樯锶剂喜幌癜臀髂菢涌尚小?/p>
“我們正在尋找用于氧化木質(zhì)素的新型細(xì)菌酶，木質(zhì)素是一種芳香族聚合物，占植物細(xì)胞壁的25%以上，是生物燃料生產(chǎn)殘留物的一部分。目標(biāo)是開發(fā)新產(chǎn)品，如生物燃料，新塑料和工業(yè)用化學(xué)產(chǎn)品，“華威大學(xué)的Timothy Bugg說(shuō)。