{"id":1058,"date":"2024-07-11T14:10:10","date_gmt":"2024-07-11T12:10:10","guid":{"rendered":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/?p=1058"},"modified":"2024-07-11T14:10:10","modified_gmt":"2024-07-11T12:10:10","slug":"akumulatory-zielonej-energii","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/?p=1058","title":{"rendered":"Akumulatory zielonej energii"},"content":{"rendered":"\n

Magazynowanie energii to obecnie jedno z najwa\u017cniejszych technologicznych wyzwa\u0144, kt\u00f3re pozwoli\u0142oby nam ograniczy\u0107 szkodliwe emisje przej\u015b\u0107 na bardziej zr\u00f3wnowa\u017con\u0105 polityk\u0119 energetyczn\u0105. Jako \u017ce wszelkie innowacje w tej bran\u017cy przykuwaj\u0105 uwag\u0119 wielu os\u00f3b, warto przy tej okazji przybli\u017cy\u0107 te technologie materia\u0142owe, kt\u00f3re zosta\u0142y opracowane na naszym rodzimym podw\u00f3rku i kt\u00f3re pozwol\u0105 uniezale\u017cni\u0107 si\u0119 od zagranicznych dostawc\u00f3w drogich metali i grafitu potrzebnych do produkcji akumulator\u00f3w.\u00a0<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Nasze globalne zapotrzebowanie na energi\u0119 elektryczn\u0105 post\u0119puje w zastraszaj\u0105cym tempie. W 2018 roku czerpali\u015bmy z akumulator\u00f3w litowo-jonowych 0,184 TWh rocznie. Szacunki m\u00f3wi\u0105, \u017ce w 2030 b\u0119dzie to a\u017c 4,7 TWh. Nasze elektryczne potrzeby w ci\u0105gu najbli\u017cszych lat wzrosn\u0105 wi\u0119c a\u017c 25 razy. I nie chodzi tu tylko o coraz bardziej rozwijaj\u0105cy si\u0119 rynek samochod\u00f3w elektrycznych (kt\u00f3ry, swoj\u0105 drog\u0105, ma w najbli\u017cszej dekadzie wzrosn\u0105\u0107 10-krotnie) oraz o post\u0119puj\u0105cy popyt na coraz mniej \u017cywotne smartfony. Z roku na rok przybywa tak\u017ce liczba os\u00f3b korzystaj\u0105cych z instalacji fotowoltaicznych, z czym ju\u017c dzisiaj nie radz\u0105 sobie lokalne sieci energetyczne, kt\u00f3re najzwyczajniej w \u015bwiecie nie s\u0105 w stanie przyjmowa\u0107 tak du\u017cych dawek energii. Z tego te\u017c powodu coraz szybciej ro\u015bnie zapotrzebowanie na lokalne magazyny energii, kt\u00f3re mog\u0142yby zaspokoi\u0107 potrzeby pojedynczych gospodarstw domowych albo zak\u0142ad\u00f3w pracy (w skali globalnej do 2030 roku zapotrzebowanie to wzro\u015bnie a\u017c 15-krotnie).<\/p>\n\n\n\n

Z powy\u017cszych szacunk\u00f3w wy\u0142ania si\u0119 jeden zasadniczy problem – trzeba t\u0119 pot\u0119\u017cn\u0105 ilo\u015b\u0107 akumulator\u00f3w wyprodukowa\u0107. Dlaczego problem? C\u00f3\u017c, przede wszystkim dlatego, \u017ce do ich wytworzenia stosuje si\u0119 ogromne ilo\u015bci rzadkich i trudnodost\u0119pnych pierwiastk\u00f3w, kt\u00f3re posiadaj\u0105 jedn\u0105, dosy\u0107 kluczow\u0105 cech\u0119 – ich zasoby s\u0105 ograniczone. Wyst\u0119puj\u0105 tylko w paru miejscach na \u015bwiecie, jest ich niewiele i s\u0105 trudne do ponownego „odkopania” z elektro\u015bmieci. A to oznacza, \u017ce, obok wyzwa\u0144 natury logistycznej, stoj\u0105 tak\u017ce te klimatyczne, technologiczne oraz ekonomiczne. Potrzebna jest wi\u0119c alternatywa. Taka, kt\u00f3ra wyeliminuje z produkcji szkodliwe, rzadkie i drogie pierwiastki, zmniejszy koszty produkcji i jednocze\u015bnie zapewni podobn\u0105 wydajno\u015b\u0107, spe\u0142ni normy bezpiecze\u0144stwa oraz umo\u017cliwi prowadzenie produkcji na szerok\u0105 skal\u0119.<\/p>\n\n\n\n

Rozwi\u0105zania, kt\u00f3re daj\u0105 szans\u0119 pojawienia si\u0119 nowych produkt\u00f3w na rynku magazyn\u00f3w energii i akumulator\u00f3w, w tym r\u00f3wnie\u017c tych przeznaczonych do pojazd\u00f3w z nap\u0119dem elektrycznym tak naprawd\u0119 ju\u017c tu s\u0105. Naukowcy od lat pracuj\u0105 nad rozwojem ekologicznej energetyki konsumenckiej. Podej\u015bcie to uwzgl\u0119dnia opracowanie sposob\u00f3w wytwarzania nowych typ\u00f3w magazyn\u00f3w energii oraz badania szeregu parametr\u00f3w w trakcie obci\u0105\u017ce\u0144 i eksploatacji oraz poszukiwania mo\u017cliwo\u015bci utylizacji i odzysku surowc\u00f3w do ich ponownego wykorzystania. Wprowadzenie systemowych zmian w produkcji wysokonapi\u0119ciowych akumulator\u00f3w mo\u017cliwe jest w\u0142a\u015bciwie ju\u017c teraz, a stosuj\u0105c rozwi\u0105zania tzw. zielonej chemii mo\u017cna produkowa\u0107 na wielk\u0105 skal\u0119 bardziej ekologiczne magazyny energii i uniezale\u017cni\u0107 si\u0119 od dostawc\u00f3w rzadkich, kosztownych i szkodliwych dla \u015brodowiska surowc\u00f3w, kt\u00f3re dzi\u015b na masow\u0105 skal\u0119 s\u0105 wykorzystywane do produkcji akumulator\u00f3w \u2013 metali, ale te\u017c grafitu. Przyjrzyjmy si\u0119 wi\u0119c kilku proponowanym rozwi\u0105zaniom.<\/p>\n\n\n\n

Pierwszym ciekawym proponowanym rozwi\u0105zaniem s\u0105 anody produkowane z ca\u0142kowicie odnawialnego \u017ar\u00f3d\u0142a, jakim s\u0105… ziemniaki, ry\u017c b\u0105d\u017a kukurydza. A dok\u0142adniej – wyekstrahowana z nich skrobia. Z kt\u00f3rej z kolei pozyskuje si\u0119 \u017cel w\u0119glowy, zast\u0119puj\u0105cy ca\u0142kowicie grafit (zar\u00f3wno ten naturalny, jak i syntetyczny, pozyskiwany z paliw kopalnych) bez jakiegokolwiek uszczerbku na wydajno\u015bci baterii. To zero-emisyjna metoda oparta na bezpiecznym \u0142a\u0144cuchu dostaw surowca, kt\u00f3ry mo\u017cna pozyskiwa\u0107 w zasadzie wsz\u0119dzie. Takie skrobiowe anody cechuj\u0105 si\u0119 \u017cywotno\u015bci\u0105 nawet 1500 cykli na\u0142adowania i roz\u0142adowania.  <\/p>\n\n\n\n

Inn\u0105 autorsk\u0105 metod\u0105 naszych rodzimych badaczy jest technologia produkcji wysokonapi\u0119ciowych katod zar\u00f3wno bez udzia\u0142u kobaltu, jak i z kilkukrotnie ni\u017csz\u0105 zawarto\u015bci\u0105 niklu oraz dwukrotnie mniejsz\u0105 ilo\u015bci\u0105 litu. Koszt jej wytworzenia jest dwa razy ni\u017cszy, a lit, kt\u00f3rego potrzeba znacznie mniej, wykorzystywany jest w 100 procentach (we wsp\u00f3\u0142czesnych bateriach pracuje jedynie w oko\u0142o 50%). Jest ona oparta na wodnej technice „one-pot”, kt\u00f3ra pozbawiona jest sta\u0142ych i p\u0142ynnych odpad\u00f3w i \u015bwietnie sprawdzi si\u0119 w ogniwach o du\u017cej mocy i pojemno\u015bci. Takich jak te, u\u017cywane w pojazdach z nap\u0119dem elektrycznym. <\/p>\n\n\n\n

No i jest jeszcze jedna niezwyk\u0142a i bardzo wa\u017cna technologiczna innowacja. Nasi rodzimi badacze stworzyli tak\u017ce cienkie pow\u0142oki w\u0119glowe, kt\u00f3re w zasadzie eliminuj\u0105 ryzyko samozap\u0142onu akumulatora. To dosy\u0107 istotna sprawa w czasach „co rusz” zapalaj\u0105cych si\u0119 elektryk\u00f3w. Akumulator podczas pracy podlega licznym wahaniom temperatury. Materia\u0142 w\u0119glowy, kt\u00f3ry jest umieszczony pomi\u0119dzy ziarnami materia\u0142\u00f3w aktywnych ma na celu zadba\u0107 tam o odpowiednie przewodnictwo elektryczne. Nie jest on jednak rozmieszczony r\u00f3wnomiernie, st\u0105d te\u017c mo\u017ce w zwi\u0105zku z takimi wahni\u0119ciami temperatury uruchomi\u0107 nieodwracaln\u0105 reakcj\u0119 samozap\u0142onu akumulatora. Nowa pow\u0142oka w\u0119glowa o grubo\u015bci zaledwie kilku nanometr\u00f3w sprawia natomiast, \u017ce ziarna materia\u0142u aktywnego s\u0105 ni\u0105 bardzo szczelnie przykryte, a tym samym tak\u017ce skutecznie od siebie oddzielone. Tak wi\u0119c, nawet gdy w takiej baterii dojdzie do zwarcia, w\u00f3wczas b\u0119dzie ona roz\u0142adowywa\u0107 si\u0119 znacznie wolniej (a nie kaskadowo), przez co nie ulegnie samozap\u0142onowi. To ogromny krok w stron\u0119 bezpiecze\u0144stwa litowo-jonowych akumulator\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n

Opracowane technologie maj\u0105 ogromny potencja\u0142 wdro\u017ceniowy. Zaproponowane przez naukowc\u00f3w rozwi\u0105zania spe\u0142niaj\u0105 wymogi zielonej chemii, produkcja wielu z nich nie pozostawia \u015bladu w\u0119glowego, a prototypy akumulator\u00f3w wykazuj\u0105 por\u00f3wnywalne lub lepsze parametry od tych obecnie produkowanych. Obecnie brakuje ju\u017c tylko ostatniego kroku \u2013 aby nowe technologie wreszcie ujrza\u0142y \u015bwiat\u0142o dzienne i trafi\u0142y do proces\u00f3w produkcyjnych.<\/p>\n\n\n\n

—-<\/p>\n\n\n\n

Wynalazki opracowane zosta\u0142y przez Zesp\u00f3\u0142 Technologii Materia\u0142\u00f3w i Nanomateria\u0142\u00f3w Uniwersytetu Jagiello\u0144skiego oraz obj\u0119te s\u0105 ochron\u0105 patentow\u0105. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Magazynowanie energii to obecnie jedno z najwa\u017cniejszych technologicznych wyzwa\u0144, kt\u00f3re pozwoli\u0142oby nam ograniczy\u0107 szkodliwe emisje przej\u015b\u0107 na bardziej zr\u00f3wnowa\u017con\u0105 polityk\u0119 energetyczn\u0105. Jako \u017ce wszelkie innowacje w tej bran\u017cy przykuwaj\u0105 uwag\u0119…<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1059,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[8],"tags":[],"class_list":["post-1058","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-wiedza"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/1058","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=1058"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/1058\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1060,"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/1058\/revisions\/1060"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/1059"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=1058"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=1058"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/e-know.uj.edu.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=1058"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}