Hoewel er veel manieren zijn waarop menselijke activiteit klimaatverandering teweeg heeft gebracht, De mondiale elektriciteitsopwekkingsbronnen behoren tot de belangrijkste boosdoeners. Ondanks kleine stijgingen in het aanbod van wind- en zonne-energiehebben we nog niet het punt bereikt waarop we de fossiele brandstoffen, die verankerd zijn in de machtsmix van veel landen, kunnen verdrijven.

Maar waarom is dit nog steeds het geval?

Omdat hernieuwbare bronnen een intermitterende stroomtoevoer leveren, hebben we ook een manier nodig om deze energie op te slaan om aan de vraag van het elektriciteitsnet te voldoen als de zon niet schijnt of de wind niet waait. Dit is een grote uitdaging, omdat de overstap naar hernieuwbare energie ook het opzetten van duurzame, veilige en betaalbare energieopslagsystemen vereist. Als zodanig is het vinden van een goedkope, veilige en alternatieve batterij voor lithium de sleutel tot de overstap naar een volledig hernieuwbare energiesector.

Meer dan lithium-ionbatterijen

Net als bij elektrische voertuigen zijn lithium-ionbatterijen een populaire optie voor het elektriciteitsnet geworden, omdat ze een modulaire oplossing met hoge energiedichtheid voor energieopslag bieden. Maar het gebruik van lithium-ionbatterijen brengt ook zijn eigen uitdagingen met zich mee: de hoge materiaalkosten, het risico op brand en explosie en het gebrek aan recyclingpraktijken, waardoor de wijdverbreide acceptatie van lithium-ionbatterijen voor het elektriciteitsnet wordt beperkt.

Een ongelooflijk veelbelovende optie om lithium te vervangen voor energieopslag op netschaal is de oplaadbare zink-ionbatterij. Pas in de afgelopen 10 jaar opgekomenZink-ionbatterijen bieden veel voordelen ten opzichte van lithium. Deze omvatten lagere materiaalkosten, verhoogde veiligheid en eenvoudigere recyclingmogelijkheden.

Met het potentieel voor energieopslag op netwerkschaal tegen aanzienlijk lagere kosten – en hogere veiligheidsniveaus – zou de wijdverbreide commercialisering van zink-ionbatterijen precies kunnen zijn wat nodig is om hernieuwbare energiebronnen te integreren in de energie-infrastructuur in Canada en andere landen.

De kosten van een batterij

Dat Canada de doelstellingen voor een koolstofarme economie haalt die in Canada zijn gesteld Wet op de verantwoording van netto-nul-emissies, inclusief een elektriciteitsnet dat voor 90 procent wordt aangedreven door hernieuwbare elektriciteitzal de inzet van zink-ionbatterijen van cruciaal belang zijn.

Studies hebben aangetoond dat als hernieuwbare energiebronnen de bron van 90 tot 95 procent van alle elektriciteit willen worden, de kosten voor energieopslag moeten lager zijn dan 150 dollar/kWh. Moderne lithium-ionsystemen zijn dat wel zit nog steeds rond de $ 350/kWh. Gedeeltelijk is dit te wijten aan de hoge productiekosten en hun afhankelijkheid van dure grondstoffen om de hoge energiedichtheid te bereiken die daarvoor nodig is moderne elektrische voertuigen.

Zink-ionbatterijen zouden daarentegen de problemen met de kosten en de overvloed kunnen oplossen. Het gebruik van goedkope, overvloedige materialen zoals zink en mangaan maakt ze niet alleen goedkoper om te produceren, maar verlaagt ook het risico op verstoringen van de toeleveringsketen of materiaaltekorten die van invloed zijn op lithium-ionmaterialen zoals lithium en kobalt.

De jaarlijkse productie van zink globaal is ruim 100 keer zoveel als lithium. Om nog maar te zwijgen De verwachting is dat de vraag naar lithium en kobalt de komende tien jaar groter zal zijn dan het aanbod.

Zink is een veiligere optie

met strenge veiligheidsnormen Omdat ze worden gemaakt voor batterijen die in huizen, fabrieken of in het elektriciteitsnet worden gebruikt, is veiligheid van cruciaal belang om het publiek deze te laten omarmen. Op deze manier bieden zink-ionbatterijen nog meer voordelen.

De brandbare en giftige oplosmiddelgebaseerde elektrolyt van lithium-ionbatterijen wordt vervangen door een alternatief op waterbasis, waardoor het risico op brand en explosie wordt weggenomen.

Omgekeerd kan de veilige verwijdering van lithium-ionbatterijen ook een moeilijke taak zijn, omdat deze giftige stoffen bevatten. Het recyclen van deze batterijen is momenteel economisch niet haalbaar vanwege de hoge kosten wat ertoe leidt dat grote aantallen gebruikte cellen op stortplaatsen belanden.

Gelukkig, zink-ionbatterijen vereenvoudigen de behandeling aan het einde van de levensduur. De niet-giftige, waterige elektrolyt die in zink-ionbatterijen wordt gebruikt, betekent dat beproefde methoden, zoals die voor de verwijdering van loodzuurbatterijen kan worden gebruikt. Ook zou de metalen zinkanode gemakkelijk kunnen worden hergebruikt in nieuwe batterijen.

De toekomst van energieopslag

Om zijn doel van 90 procent hernieuwbare energie in 2030 te bereiken, moet Canada op zoek gaan naar alternatieven voor lithium-ionbatterijen om het koolstofarm maken van zijn energiesector mogelijk te maken. Door gebruik te maken van de kosten, overvloed en veiligheidsvoordelen van zink-ionbatterijen kan Canada de integratie van wind- en zonne-energie in het hele land versnellen.

Zinkionbatterijen ondersteunen de Canadese doelstellingen op het gebied van het koolstofarm maken van de economie en blijken een kans te zijn om te profiteren van een snelgroeiende batterijmarkt. Hoewel zink-ionbatterijen een relatief nieuwe technologie zijn, kan hun potentieel om energieopslag op netschaal in Canada en wereldwijd te ondersteunen niet worden onderschat.

Met de hulp van Canadees onderzoek en productie, inclusief inspanningen van McMaster University en Dartmouth, NS-gebaseerd Salient Energy Inc.zou de integratie van zink-ionbatterijen binnen de komende jaren werkelijkheid kunnen worden, waardoor Canada een marktleider zou kunnen worden.

Over de auteur

Storm William D. Gourley, Promovendus, Chemische Technologie, McMaster University en Drew Higgins, Universitair docent, Afdeling Chemische Technologie, McMaster University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.