Zwar gibt es viele Möglichkeiten, wie menschliche Aktivitäten zum Klimawandel geführt haben, Die weltweiten Stromerzeugungsquellen gehören zu den Hauptverursachern. Trotz geringfügiger Steigerungen des Angebots an Wind- und Solarenergie, sind wir noch nicht an einem Punkt angelangt, an dem wir in der Lage sind, die fossilen Brennstoffe zu verdrängen, die im Energiemix vieler Länder fest verankert sind.

Aber warum ist das immer noch so?

Da erneuerbare Energien nur unregelmäßig Strom liefern, brauchen wir auch eine Möglichkeit, diese Energie zu speichern, um den Bedarf des Netzes zu decken, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht. Dies stellt eine große Herausforderung dar, da die Umstellung auf erneuerbare Energien auch den Aufbau langlebiger, sicherer und erschwinglicher Energiespeichersysteme erfordert. Daher ist die Suche nach einer günstigen, sicheren und alternativen Batterie zu Lithium der Schlüssel zum Übergang zu einem vollständig erneuerbaren Energiesektor.

Jenseits von Lithium-Ionen-Batterien

Wie bei Elektrofahrzeugen sind Lithium-Ionen-Batterien zu einer beliebten Option für das Stromnetz geworden, da sie eine modulare Lösung mit hoher Energiedichte für die Energiespeicherung bieten. Der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien bringt jedoch auch eigene Herausforderungen mit sich: Hohe Materialkosten, Brand- und Explosionsgefahr sowie fehlende Recyclingpraktiken schränken die weit verbreitete Einführung von Lithium-Ionen-Batterien für das Stromnetz ein.

Eine unglaublich vielversprechende Option, Lithium für die Energiespeicherung im Netzmaßstab zu ersetzen, ist die wiederaufladbarer Zink-Ionen-Akku. Tritt erst in den letzten 10 Jahren aufZink-Ionen-Batterien bieten viele Vorteile gegenüber Lithium. Dazu gehören günstigere Materialkosten, erhöhte Sicherheit und einfachere Recyclingmöglichkeiten.

Mit dem Potenzial zur Energiespeicherung im Netzmaßstab zu erheblich günstigeren Kosten – und einem höheren Maß an Sicherheit – könnte die weit verbreitete Kommerzialisierung von Zink-Ionen-Batterien genau das sein, was für die Integration erneuerbarer Energien in die Energieinfrastruktur in Kanada und anderen Ländern erforderlich ist.

Die Kosten einer Batterie

Damit Kanada die in Kanada festgelegten Dekarbonisierungsziele erreichen kann Gesetz zur Rechenschaftspflicht für Netto-Null-Emissionen, einschließlich eines Netzes, das zu 90 Prozent mit erneuerbarem Strom betrieben wird, wird der Einsatz von Zink-Ionen-Batterien von entscheidender Bedeutung sein.

Studien haben gezeigt, dass erneuerbare Energien die Quelle von 90 bis 95 Prozent des gesamten Stroms werden sollen. Die Kosten für die Energiespeicherung müssen unter 150 US-Dollar/kWh liegen. Moderne Lithium-Ionen-Systeme sind liegt immer noch bei etwa 350 US-Dollar/kWh. Dies ist zum Teil auf die hohen Herstellungskosten und die Abhängigkeit von teuren Rohstoffen zurückzuführen, um die erforderliche hohe Energiedichte zu erreichen moderne Elektrofahrzeuge.

Zink-Ionen-Batterien hingegen könnten die Kosten- und Fülleprobleme lösen. Die Verwendung kostengünstiger, reichlich vorhandener Materialien wie Zink und Mangan macht ihre Herstellung nicht nur billiger, sondern verringert auch das Risiko von Unterbrechungen der Lieferkette oder Materialknappheit, die sich auf Lithium-Ionen-Materialien wie Lithium und Lithium auswirken Kobalt.

Das Jahresproduktion von Zink global ist über 100-mal so viel wie Lithium. Ganz zu schweigen davon Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach Lithium und Kobalt innerhalb des nächsten Jahrzehnts das Angebot übersteigt.

Zink ist eine sicherere Option

Mit der strenge Sicherheitsstandards Da sie für Batterien entwickelt werden, die in Haushalten, Fabriken oder im Stromnetz verwendet werden, ist Sicherheit der Schlüssel, um die Öffentlichkeit dazu zu bringen, sie anzunehmen. Auf diese Weise bieten Zink-Ionen-Batterien einen weiteren Vorteil.

Das brennbarer und giftiger, lösungsmittelbasierter Elektrolyt von Lithium-Ionen-Batterien wird durch eine wasserbasierte Alternative ersetzt, wodurch die Brand- und Explosionsgefahr beseitigt wird.

Umgekehrt kann die sichere Entsorgung von Lithium-Ionen-Batterien auch eine schwierige Aufgabe sein, da sie giftige Verbindungen enthalten. Aufgrund der hohen Kosten ist das Recycling dieser Batterien derzeit wirtschaftlich nicht machbar Dies führt dazu, dass eine große Anzahl verbrauchter Zellen auf Mülldeponien landet.

Glücklicherweise Zink-Ionen-Batterien vereinfachen die End-of-Life-Behandlung. Dafür sorgt der ungiftige, wässrige Elektrolyt, der in Zink-Ionen-Batterien verwendet wird bewährte Methoden wie die zur Entsorgung von Blei-Säure-Batterien kann verwendet werden. Außerdem könnte die metallische Zinkanode problemlos in neuen Batterien wiederverwendet werden.

Die Zukunft der Energiespeicherung

Um sein Ziel von 90 Prozent erneuerbarer Energie bis 2030 zu erreichen, muss Kanada nach Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien suchen, um die Dekarbonisierung seines Energiesektors zu ermöglichen. Kanada kann die Integration von Wind- und Solarenergie im ganzen Land beschleunigen, indem es die Kosten-, Fülle- und Sicherheitsvorteile von Zink-Ionen-Batterien nutzt.

Zink-Ionen-Batterien unterstützen Kanadas Dekarbonisierungsziele und erweisen sich als Chance, von einem schnell wachsenden Batteriemarkt zu profitieren. Obwohl es sich bei Zink-Ionen-Batterien um eine relativ neue Technologie handelt, ist ihr Potenzial zur Unterstützung der Energiespeicherung im Netzmaßstab in Kanada und weltweit nicht zu unterschätzen.

Mit Hilfe der kanadischen Forschung und Fertigung, einschließlich der Bemühungen von McMaster University und Dartmouth, NS-basiert Salient Energy Inc., könnte die Integration von Zink-Ionen-Batterien in den nächsten Jahren Realität werden und Kanada als Branchenführer etablieren.

Über den Autor

Sturm William D Gourley, Doktorand, Chemieingenieurwesen, McMaster University und Zeichnete Higgins, Assistenzprofessor, Fachbereich Chemieingenieurwesen, McMaster University

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