锂空气电池可以为汽车、房屋和工业储存能量

目前的锂离子电池技术可能无法应对未来几十年的巨大能源需求。据估计,到2050年,电力将占世界能源结构的50%。今天这个比率是18%。但可再生能源生产的装机容量预计将增加四倍。这将需要更高效、更便宜和环保的电池。

当今世界许多地方正在研究的替代方案之一是锂空气电池。在2019年2月11日至12日举行的Fapesp Week London的第二天,巴西为寻找这种设备所做的一些努力被公布。

“今天有很多关于电动汽车的话题。一些欧洲国家也在考虑禁止使用内燃机。此外,太阳能等可再生能源需要电池来储存白天通过太阳辐射产生的能量,”坎皮纳斯大学(Unicamp)化学工程学院教授Rubens Maciel Filho说。

锂空气电池目前只在实验室中使用,使用环境氧气作为试剂。电池通过电化学反应储存额外的能量,从而形成氧化锂。

“这是一种可持续的电能储存方式。有了先进技术,它可以支持许多放电/充电循环。它在运输、轻型和重型车辆上都有很大的应用潜力。它也可以在配电网中工作,”研究人员说。

但是,将实验转化为商业上可行的产品需要了解过程中发生的电化学反应的基本原理。

新能源创新中心(Cine)主任麦克尔(Maciel)说:“它还要求开发新材料,使我们能够利用理想的反应,尽量减少或避免不理想的反应。”该中心由联合国儿童基金会、核能研究所(IPEN)和圣保罗大学(USP)的圣卡洛斯化学研究所(S_o Carlos Chemistry Institute)组成,由FAPESP和壳牌在工程研究中心计划(ERC)范围内提供支持。

他接着解释说,有些现象需要在歌剧中观察,换句话说,需要实时观察。“这个想法是要跟踪动态实验中发生的反应和形成的不同化学物质,即使只是暂时的。否则,过程中的某些阶段会丢失,电池在充电时间和充电持续时间方面会变得效率低下。”

为了进行这些测量,研究人员正在使用位于坎皮纳斯的巴西能源和材料光研究中心(CNPEM)的国家同步加速器光实验室(LNLS)。

会议期间提出的另一个项目涉及硫空气电池。尽管效率不高,但它们价格低廉,能储存很多小时的能量。“它们可以以非常低的成本将能量储存24小时。它的主要成分是硫磺和苛性钠,而且非常便宜。这就是为什么我们要投资它们,”帝国理工学院教授奈杰尔·布兰登说。

由于这些特点,硫空气电池可以用于家庭或企业。然而,布兰登相信,他们最大的潜力在于电动汽车充电站,由于欧洲的目标是到2050年将碳排放量减少80%,这将变得更加普遍。

伦敦布鲁内尔大学(Brunel University London)会议主持人罗杰斯(geoff rodgers)说:“重要的是要强调一个事实,即不同的电池项目不是相互竞争,而是相互补充。”

太阳、氢和生物燃料

在预计太阳能使用将增加的情况下,更高效的电池尤为重要。白天的太阳辐射峰值需要有效储存能量,以便在夜间吸收。

Maciel还谈到了Cine的一个项目,该项目旨在开发更高效的光伏电池,将来可用于将太阳能转化为电能,以及从水水解中获得化学产品,甚至氢。

液态氢是一种非常有效的燃料,但它的生产需要高昂的能源成本。这是英国正在考虑的选择之一,因为生物燃料不像巴西那样可行。

“我们正在寻找新的细菌酶来氧化木质素,木质素是一种芳香族聚合物,占植物细胞壁的25%以上,是生物燃料生产残留物的一部分。华威大学的Timothy Bugg说:“我们的目标是为工业开发新产品,如生物燃料、新塑料和化学产品。”

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