تعد بطاريات الليثيوم حلاً ممتازًا لتخزين الطاقة الناتجة عن الألواح الشمسية أو غيرها من مصادر الطاقة الخضراء. لكن يتم تفريغها بسرعة كافية ، لذلك هذا حل قصير المدى - لتوفير الطاقة "للمستقبل" لن ينجح. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حاجة إلى مرافق تخزين ضخمة للغاية لتخزين كميات كبيرة من الطاقة (تم بناء واحدة منها بواسطة Elon Musk في أستراليا).
لقد ظل الخبراء يبحثون عن حل مناسب لسنوات عديدة ، ولكن حتى الآن لم يتم إنشاء شيء جذري. ومع ذلك ، فقد أصبحت خلايا الوقود التي تولد الطاقة من الهيدروجين ، على سبيل المثال ، أكثر شيوعًا. في اليوم الآخر أصبح معروفًا بنوع جديد من خلايا الوقود التي تعمل في اتجاهين في وقت واحد - يمكنها توليد الكهرباء من الميثان أو الهيدروجين ، أو يمكن أن تستهلك الطاقة وإنتاج الميثان أو الهيدروجين.
تعتبر كفاءة الخلية عالية جدًا: إذا كنت تنفق قدرًا معينًا من الطاقة على إنتاج الميثان أو الهيدروجين ، ثم ترك كل شيء يسير في الاتجاه المعاكس ، فيمكنك الحصول على 75٪ من الكهرباء التي يتم إنفاقها مسبقًا. من حيث المبدأ ، جيد جدا.
القيود
لا تعد البطاريات ، كما ذكر أعلاه ، جيدة جدًا بالنسبة للإمدادات طويلة الأجل من الكهرباء.
العيوب الأخرى هي سرعة إعادة الشحن البطيئة بالإضافة إلى التكلفة العالية. يمكن أن يكون الحل الجيد هو البطاريات المتدفقة ، والتي تستخدم أكثر وأكثر.
البطارية المتدفقة (الأكسدة والاختزال) هي جهاز لتخزين الطاقة الكهربائية يمثل تقاطعًا بين البطارية التقليدية وخلية الوقود. يتم ضخ إلكتروليت سائل ، يتكون من محلول من الأملاح المعدنية ، من خلال القلب ، والذي يتكون من قطب موجب وسالب ، مفصول بواسطة غشاء. التبادل الأيوني الناشئ بين الكاثود والأنود يؤدي إلى توليد الكهرباء.
لكن البطاريات القابلة لإعادة الشحن الآنية ليست فعالة مثل البطاريات التقليدية ، ولكن المنحل بالكهرباء الذي يتم استخدامها عادة ما يكون سامًا أو يسبب تآكلًا (وأحيانًا كلاهما).
البديل لتخزين الطاقة لفترة طويلة هو تحويل الكهرباء الزائدة إلى وقود. لكن كل شيء ليس بهذه البساطة هنا ، فالمخططات المعتادة لتحويل الطاقة إلى وقود تستهلك الكثير من الطاقة بدرجة كافية ، بحيث لن تكون كفاءة النظام عالية. بالإضافة إلى ذلك ، تكون محفزات التفاعل غالية الثمن عادة.
هناك طريقة لتقليل التكاليف وهي استخدام خلية وقود عكسية (عكسية). من حيث المبدأ ، فهي ليست جديدة. عند العمل في الاتجاه الأمامي ، تأخذ خلايا الوقود الهيدروجين أو الميثان كوقود وتولد الكهرباء. تعمل في الاتجاه المعاكس ، فإنها تولد الوقود عن طريق استهلاك الكهرباء.
تعد خلايا الوقود القابلة للانعكاس مثالية لتخزين الطاقة على المدى الطويل ، وكذلك لإنتاج الميثان أو الهيدروجين عند الحاجة.
لماذا لم يتم استخدامها عالميا بعد؟ لأنه من الناحية النظرية ، يبدو كل شيء رائعًا ، ولكن من الناحية العملية هناك صعوبات لا يمكن التغلب عليها. أولاً ، تحتاج العديد من هذه العناصر إلى درجة حرارة عالية للعمل. ثانياً ، ينتجون مزيجًا من الهيدروجين والماء ، بدلاً من الهيدروجين النقي (في معظم الحالات). ثالثا ، كفاءة الدورة صغيرة جدا. رابعا ، يتم تدمير المحفز في معظم العناصر الموجودة بسرعة.
مخرج
اقترحه باحثون من كلية كولورادو للمناجم. لقد درسوا إمكانات الخلايا الكهروكيميائية البروتونية الخزفية القابلة للعكس. عند توليد الطاقة ، تكون فعالة للغاية ، بالإضافة إلى أنها لا تحتاج إلى درجة حرارة عالية جدًا - فهناك ما يكفي من مصادر حرارة النفايات الناتجة عن العمليات الصناعية أو الإنتاج التقليدي للكهرباء.
قام العلماء بتحسين التقنية من خلال تقديم Ba / Ce / Zr / Y / Yb و Ba / Co / Zr / Y كمواد للأقطاب الكهربائية. بالنسبة لعملهم ، هناك حاجة إلى درجة حرارة 500 درجة مئوية ، وهي ليست مشكلة ، بالإضافة إلى حوالي 97 ٪ من الطاقة التي تم توفيرها للنظام تشارك في الإنتاج. في هذه الحالة ، تعمل الخلايا على الماء أو الماء وثاني أكسيد الكربون. أنها تنتج الهيدروجين ، في الحالة الأولى ، أو الميثان ، في الحالة الثانية.
كفاءة النظام حوالي 75 ٪. ليست جيدة مثل البطاريات ، ولكن بالنسبة لمعظم الأغراض ، هذا يكفي. في هذه الحالة ، لا يتم تدمير الأقطاب الكهربائية. بعد 1200 ساعة من الاختبار ، تبين أن المادة لم تتحل عمليا.
صحيح ، لا تزال هناك مشكلة أخرى - التكلفة العالية للمواد الأولية التي يتم استخدامها لإنشاء الأقطاب الكهربائية. يكلف الإيتربيوم نفسه حوالي 14000 دولار للكيلوغرام الواحد ، لذلك يمكن أن يكون إنشاء خلايا وقود كبيرة بالفعل مكلفًا للغاية.
ولكن ربما ، سيكون بمقدور المطورين حل هذه المشكلة - على أي حال ، فإن العمل في هذا الاتجاه جار بالفعل.
