Cynk
W ciągu ostatnich siedmiu lat 110 wiosek w Afryce i Azji otrzymało energię z baterii wykorzystujących cynk i tlen, stanowiących podstawę systemu magazynowania energii opracowanego przez firmę NantEnergy z siedzibą w Arizonie.
Obfite zasoby cynku, fundamentalna stabilność i niski koszt sprawiają, że jest on atrakcyjną alternatywą dla litu, ale wysiłki mające na celu uczynienie go opłacalnym na skalę komercyjną były nieliczne. System baterii cynkowo-powietrznych firmy NantEnergy zastępuje drugą elektrodę elektrodą, która „oddycha powietrzem”, wykorzystując tlen z atmosfery do pozyskiwania energii z cynku.
Według raportu opublikowanego przez Lux Research, „cynk-powietrze jest dobrze dopasowaną chemią dla mikrosieci, zapewniając tanie rozwiązanie magazynowania energii. Baterie przepływowe z trudem skalują się do rozmiarów typowej mikrosieci, a baterie litowo-jonowe nie są konkurencyjne pod względem kosztów.”
Co ważne, firma NantEnergy opracowała również technikę pozwalającą cynkowi zachować ładunek przez dłuższy czas, co rozwiązuje zwykły problem ograniczonej możliwości ponownego wykorzystania baterii cynkowych i cynkowo-powietrznych. Według firmy, metoda ta może być produkowana lokalnie bez rzadkich lub kosztownych materiałów, zmniejszając zależność od importu i przyczyniając się do tworzenia miejsc pracy i lokalnych gospodarek.
Akumulatory cynkowo-powietrzne nie zawierają również żadnych toksycznych związków i nie są ani wysoce reaktywne, ani łatwopalne, co pozwala na ich recykling i bezpieczną utylizację.
Jednakże, podczas gdy cynk jest jednym z najbardziej obfitych metali na Ziemi, wykorzystanie go na skalę jako alternatywy dla litu może stwarzać problemy w przyszłości. Profesor chemii na University of Southern California Sri Narayan powiedział New York Timesowi: „Przy obecnym tempie produkcji cynku, rezerwy cynku wystarczą na około 25 lat.”
„Nie jest więc jasne na podstawie dostępnych rezerw, czy będziemy mieli wystarczająco dużo cynku, aby wesprzeć ogromne zapotrzebowanie, które będzie wynikać z popytu na baterie grid-scale.”
Baterie sodowo-siarkowe
Baterie sodowo-siarkowe są kolejną alternatywą dla litu i już doczekały się znaczącego zastosowania na skalę w obiektach na całym świecie.
W lutym 2019 roku Abu Dhabi zainstalowało największą na świecie baterię magazynującą, która wykorzystuje ogniwa baterii sodowo-siarkowych. Jest ona pięciokrotnie większa niż druga co do wielkości bateria magazynowa o mocy 108 megawatów (MW)/ 648 megawatogodzin (MWh).
Akumulatory sodowo-siarkowe mają dłuższą żywotność niż ich odpowiedniki litowo-jonowe, o żywotności około 15 lat w porównaniu do dwóch lub trzech lat oczekiwanych od baterii litowych. Sód i siarka to również obfite i niedrogie materiały, co łagodzi jeden z głównych problemów związanych z bateriami litowymi.
Jednakże istnieje ryzyko związane z obchodzeniem się z sodem i siarką ze względu na lotny charakter obu reagentów. Ciekły sód wchodzący w kontakt z wodą w atmosferze stanowi znaczne ryzyko ze względu na wysoce egzotermiczną reakcję, która może stać się wybuchowa podczas pracy w skali.
Fabryki baterii sodowo-siarkowych i instalacje, które je wykorzystują, były miejscem wielu pożarów, takich jak pożar w 2011 r. w zakładzie Tsukuba w Japonii, który spowodował, że producent NGK tymczasowo zawiesił produkcję swoich baterii sodowo-siarkowych.
Inną wadą baterii sodowo-siarkowych jest wysoka temperatura robocza 300 °C, która jest potrzebna do upłynnienia sodu. Te wysokie temperatury mogłyby uszkodzić ceramiczną membranę oddzielającą anodę i katodę baterii, a także mogłyby pogorszyć lotność reagentów w bateriach.
Wodorowe ogniwa paliwowe
Wodor został przedstawiony przez wiele firm energetycznych jako neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla alternatywa dla skroplonego gazu ziemnego, a wodorowe ogniwa paliwowe są również opracowywane jako alternatywa dla tradycyjnych baterii litowych.
Wodorowe ogniwa paliwowe mają dziesięciokrotnie wyższy stosunek energii do masy niż baterie litowe, dzięki wykorzystaniu wodoru i tlenu jako reagentów. Oznacza to, że wodorowe ogniwa paliwowe mogą być lżejsze i zajmować mniejsze przestrzenie, dostarczając jednocześnie taką samą moc jak baterie litowe, oszczędzając zasoby naturalne.
Wodór jest niezwykle obfity w atmosferze, co czyni go atrakcyjną alternatywą dla materiałów o ograniczonej podaży, takich jak lit czy cynk.
Wodorowe ogniwa paliwowe mają również większy zasięg niż baterie litowe i wytwarzają jedynie wodę i ciepło w ramach procesu produkcji energii, stanowiąc wydajne i neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla źródło energii w porównaniu z konwencjonalnymi bateriami.
Pomimo że procesy produkcyjne baterii (i zasilanych przez nie urządzeń) uwalniają dwutlenek węgla do atmosfery, efekt ten można złagodzić, zasilając te procesy energią ze źródeł odnawialnych. Baterie wodorowe zużywają również mniej dwutlenku węgla do produkcji niż baterie litowe, ponieważ nie wymagają energochłonnego wydobycia.
Jednakże, wodorowe ogniwa paliwowe są stosunkowo nową technologią i mają swoje wady.
Podobnie jak sód, wodór jest wysoce łatwopalny i może reagować wybuchowo, jeśli nie jest prawidłowo obsługiwany. Umiarkowanie temperatury ogniw paliwowych jest ważne, aby zapobiec lotnym reakcjom, a także dlatego, że ogniwa paliwowe potrzebują ciekłej wody do pracy, w przeciwieństwie do pary lub lodu.
Przechowywanie wodoru jest drogie i energochłonne, zarówno jako gazu, jak i przechowywanego jako ciecz w niskich temperaturach. Pomimo jego obfitości w atmosferze, wodór jest również trudny i drogi w produkcji i transporcie, szczególnie na skalę.