Правительства многих стран мира вкладывают значительные средства в возобновляемые источники энергии, но даже самые тщательно продуманные планы по отказу от ископаемого топлива не решают одной важной задачи: хранения энергии. Технологии аккумуляторов развиваются черепашьими темпами, и каждый из нас, кто постоянно заряжает свой смартфон, может это подтвердить. Новый стартап Ambri, начавшийся как эксперимент в Массачусетском технологическом институте (MIT), обещает это изменить. Инженеры утверждают, что их жидкометаллические батареи безопасны, недороги и идеально подходят для современных электросетей.
В настоящее время большинство аккумуляторов большой емкости использую различные модификации литий-ионной технологии, но в их конструкциях используются редкие и дорогие материалы. Проблема еще больше усугубляется, когда речь идет об энергоснабжении городских электросетей. По оценкам ученых из MIT, средняя стоимость хранения киловатт-часа энергии сейчас составляет 405 долларов, но для того, чтобы возобновляемые источники энергии стали реальностью, эта цифра должна приблизиться к 20 долларам.
10 лет назад профессор Дональд Садовей из MIT начал работать над более дешевыми накопителями энергии, в конечном итоге разработав жидкометаллический аккумулятор. Он стал соучредителем стартапа Ambri совместно с Дэвидом Брэдвеллом (также из этого известного технологического института) для коммерциализации этой технологии. Компания Ambri объявила, что ее жидкометаллическая батарея прошла сертификацию безопасности UL Solutions, что позволило им продолжить тестирование технологии с американской компанией Xcel Energy. Компания планирует построить аккумуляторную батарею емкостью 300 кВт*ч для хранения энергии, собираемой на солнечной электростанции SolarTAC в штате Колорадо.
Ученые утверждают, что их батареи в настоящее время могут хранить киловатт-час энергии по цене от 180 до 250 долларов, в зависимости от размера объекта и того, как долго ему необходимо хранить энергию до ее использования. Однако использование компанией более дешевых материалов и более простой химии может снизить эту цену до 21 доллара за киловатт / час к 2030 году.
Литий-ионные батареи обычно имеют твердые электроды из лития и графита, которые погружены в жидкий электролит, что позволяет облегчить движение электронов. Литий стоит дорого, а длительное использование аккумулятора приводит к высокой нагрузке на электроды, что в конечном итоге может привести к опасному сбою в конструкции - литий легко воспламеняется, поэтому вздувшиеся батареи так опасны.
Химическая структура аккумулятора Ambri. Источник: Ambri
Жидкометаллический аккумулятор состоит из трех слоев, которые разделены по плотности. На дне находится катод из расплавленной сурьмы, за которым следует электролит из соли хлорида кальция. Сверху находится анод из кальциевого сплава низкой плотности. Когда батарея разряжается, кальциевый анод высвобождает ионы, которые мигрируют через электролит, образуя сплав кальция и сурьмы, тем самым высвобождая электроны. Во время зарядки происходит обратный процесс.
Ambri планирует поместить эти ячейки жидкого металла, каждая из которых может удерживать один киловатт-час, в 20-футовых контейнерах для хранения (см. выше), что позволит укладывать их в штабеля по мере увеличения потребностей в хранении. По словам Садовея, эти батареи должны сохранять 95% своей емкости даже через 20 лет. У литий-ионных батарей этот срок значительно меньше, прежде чем начинается потеря емкости. Компания планирует начать работу на заводе в Колорадо к 2024 году.