Zink
Under de senaste sju åren har 110 byar i Afrika och Asien fått ström från batterier som använder zink och syre, vilket ligger till grund för ett energilagringssystem som utvecklats av Arizona-baserade NantEnergy.
Zinkens rikliga tillgång, grundläggande stabilitet och låga kostnad gör det till ett attraktivt alternativ till litium, men ansträngningarna för att göra det kommersiellt gångbart i stor skala har varit få och långt ifrån alla. NantEnergys zink-luft-batterisystem ersätter en andra elektrod med en som ”andas luft” och använder syre från atmosfären för att utvinna energi ur zink.
Enligt en rapport som publicerats av Lux Research ”är zink-luft en väl lämpad kemi för mikronät, som ger en billig energilagringslösning. Flödesbatterier har svårt att skala ner till storleken på ett typiskt mikronät, och litiumjonbatterier kan inte konkurrera med kostnaden.”
Viktigt nog har NantEnergy också utvecklat en teknik som gör det möjligt för zink att behålla sin laddning under längre perioder, vilket löser det vanliga problemet med begränsad återanvändning av zink- och zink-luftbatterier. Enligt företaget kan denna metod tillverkas lokalt utan sällsynta eller dyra material, vilket minskar beroendet av import och bidrar till arbetstillfällen och lokala ekonomier.
Zink-luft-batterier innehåller inte heller några giftiga föreningar och är varken mycket reaktiva eller brandfarliga, vilket gör att de kan återvinnas och bortskaffas på ett säkert sätt.
Men även om zink är en av de mest rikliga metallerna på jorden kan det i framtiden innebära problem att använda den i stor skala som ett alternativ till litium. Professor i kemi vid University of Southern California Sri Narayan berättade för New York Times: ”Med den nuvarande produktionstakten av zink räcker zinkreserverna i ungefär 25 år.”
”Det är alltså inte klart att vi utifrån de tillgängliga reserverna kommer att ha tillräckligt med zink för att tillgodose det enorma behov som kommer att uppstå till följd av efterfrågan på batterier i nätverksskala.”
Natrium-svavel
Natrium-svavel-batterier är ett annat alternativ till litium och har redan fått betydande användning i stor skala på platser runt om i världen.
I februari 2019 installerade Abu Dhabi världens största lagringsbatteri som använder sig av natrium-svavel-battericeller. Det är fem gånger större än det näst största lagringsbatteriet på 108 megawatt (MW)/648 megawattimmar (MWh).
Natrium-svavel-batterier har en längre livslängd än sina motsvarigheter i form av litiumjonbatterier, med en livslängd på cirka 15 år jämfört med de två eller tre år som förväntas av litiumbatterier. Natrium och svavel är också rikliga och billiga material, vilket mildrar ett av de största problemen med litiumbatterier.
Det finns dock risker med hanteringen av både natrium och svavel på grund av de båda reaktanternas flyktiga natur. Flytande natrium som kommer i kontakt med vatten i atmosfären utgör en betydande risk på grund av den mycket exoterma reaktionen, som kan bli explosiv vid arbete i stor skala.
Fabriker för natrium-svavel-batterier och anläggningar som använder dem har drabbats av ett antal bränder, till exempel branden 2011 vid Tsukuba-fabriken i Japan som fick tillverkaren NGK att tillfälligt avbryta produktionen av sina natrium-svavel-batterier.
En annan nackdel med natrium-svavel-batterier är den höga driftstemperaturen på 300 °C, som behövs för att göra natriumet flytande. Dessa höga temperaturer kan skada det keramiska membran som skiljer batteriets anod- och katodkomponenter från varandra och kan också öka flyktigheten hos reaktanterna i batterierna.
Vätgasbränsleceller
Vätgas har av ett antal energibolag lyfts fram som ett koldioxidneutralt alternativ till flytande naturgas, och vätgasbränsleceller håller också på att utvecklas som ett alternativ till traditionella litiumbatterier.
Vätgasbränsleceller har ett energi-/viktförhållande som är tio gånger större än litiumbatterier, tack vare användningen av väte och syre som reaktanter. Detta innebär att vätgasbränsleceller kan vara lättare och uppta mindre utrymmen samtidigt som de levererar samma effekt som litiumbatterier, vilket sparar resurser.
Vätgas är extremt rikligt förekommande i atmosfären, vilket gör det till ett attraktivt alternativ till material med begränsad tillgång som litium eller zink.
Vätgasbränsleceller har också en större räckvidd än litiumbatterier och producerar endast vatten och värme som en del av energiproduktionsprocessen, vilket utgör en effektiv och koldioxidneutral kraftkälla jämfört med konventionella batterier.
Och även om tillverkningsprocesserna för batterier (och de apparater de driver) släpper ut koldioxid i atmosfären kan denna effekt mildras genom att driva processerna med förnybara energikällor. Vätgasbatterier använder också mindre koldioxid vid tillverkningen än litiumbatterier eftersom de inte kräver energiintensiva gruvningsinsatser.
Vätgasbränsleceller är dock en relativt ny teknik och har sina egna nackdelar.
Vätgas är, precis som natrium, mycket lättantändligt och kan reagera explosivt om det inte hanteras på rätt sätt. Det är viktigt att moderera temperaturen i bränslecellerna för att förhindra flyktiga reaktioner och för att bränslecellerna behöver flytande vatten för att fungera i motsats till ånga eller is.
Lagring av vätgas är dyrt och energiintensivt, både som gas och lagrat som vätska vid låga temperaturer. Trots att vätgas finns i överflöd i atmosfären är det också svårt och dyrt att producera och transportera vätgas, särskilt i stor skala.