Μπαταρίες με λιωμένο μολύβι για τα δίκτυα ηλεκτροδότησης;

Τα ηλιακά και αιολικά πάρλα θα κέρδιζαν μια σημαντική ώθηση αν υπήρχε τρόπος να αποθηκευτεί η παραγόμενη ενέργεια και να χρησιμοποιηθεί τη νύχτα ή όταν δεν φυσάει. Τη λύση θα μπορούσαν να δώσουν υγρές μπαταρίες που περιέχουν λιωμένο μόλυβδο, προτείνουν αμερικανοί ερευνητές.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται στα σημερινά γκάτζετ αποθηκεύουν μεγάλα ποσά ενέργειας, έχουν όμως μειονεκτήματα που εμποδίζουν τη χρήση τους στη βιομηχανία ενέργειας: τα ηλεκτρόδιά τους είναι ακριβά και επιπλέον καταστρέφονται με την πάροδο του χρόνου.

Μια λύση που έχει προταθεί είναι η χρήση ηλεκτροδίων από λιωμένα μέταλλα. Τέτοιες μπαταρίες υπάρχουν σε πειραματικό επίπεδο, έχουν όμως το ελάττωμα ότι λειτουργούν σε θερμοκρασίες γύρω στους 700 βαθμών Κελσίου, με αποτέλεσμα να διαβρώνονται άλλα εξαρτήματα της διάταξης.

Η θερμοκρασία πέφτει τώρα στους 450 βαθμούς χάρη στο σχεδιασμό που προτείνει ο Ντόναλντ Σάντογουεϊ, βετεράνος των μπαταριών στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT). Η μελέτη του δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature.

Η μπαταρία του Σάντογουεϊ αποτελείται από τρία διαφορετικά υγρά που παραμένουν διαχωρισμένα λόγω διαφορετικής πυκνότητας, περίπου όπως συμβαίνει με ένα στρώμα λαδιού που επιπλέει σε ένα στρώμα νερού.

Το κατώτερο στρώμα είναι το θετικό ηλεκτρόδιο και αποτελείται από ένα κράμα από 25% αντιμόνιο και 75% μόλυβδο. Το ανώτερο στρώμα είναι ο αρνητικός πόλος της μπαταρίας και αποτελείται από υγρό λίθιο, ενώ το ενδιάμεσο στρώμα παίζει το ρόλο του ηλεκτρολύτη και αποτελείται από ιόντα λιθίου.

Καθώς η μπαταρία αποφορτίζεται, άτομα λιθίου από το αρνητικό ηλεκτρόδιο χάνουν ένα ηλεκτρόνιο και μεταναστεύουν στο θετικό ηλεκτρόδιο. Κατά τη φόρτιση, η διαδικασία αντιστρέφεται.

Δεδομένου ότι το κράμα μολύβδου-αντομονίου έχει σημείο τήξης χαμηλότερο από ό,τι του αντιμονίου (630 βαθμοί Κελσίου) και κοντά στο σημείο τήξης του μολύβδου (327 βαθμοί), το σύστημα λειτουργεί σε χαμηλότερη θερμοκρασία από ό,τι οι προηγούμενες μπαταρίες υγρών μετάλλων.

Αυτό είναι σημαντικό, καθώς ένα μέρος της ενέργειας που διοχετεύεται στη μπαταρία για αποθήκευση χρησιμοποιείται για τη θέρμανση των ηλεκτροδίων και του ηλεκτρολύτη.

Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι η νέα μπαταρία δεν διαβρώνεται και δεν χάνει τη χωρητικότητά της έπειτα από πολλούς κύκλους φόρτισης-αποφόρτισης, όπως συμβαίνει με τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.

Ο παράγοντας όμως που θα κρίνει το εάν η νέα μπαταρία θα χρησιμοποιηθεί στη βιομηχανία ενέργειας είναι ο λόγος του κόστους προς την απόδοση.

Ο Δρ Σάντογουεϊ εκτιμά ότι το κόστος της πρότασής του είναι περίπου 500 δολάρια ανά παραγόμενη κιλοβατώρα, ενώ η πτώση της απόδοσης περιορίζεται στο 6% έπειτα από 450 πλήρεις κύκλους φόρτισης-αποφόρτισης.

Συγκριτικά, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου κοστίζουν γύρω στα 1.000 δολάρια ανά κιλοβατώρα και η διάρκεια ζωής τους είναι μάλλον μικρή.

Η διαφορά ακούγεται εντυπωσιακή, στην πραγματικότητα όμως η κούρσα για την ανάπτυξη νέων μπαταριών δεν έχει τελειώσει. Όπως επισημαίνει στο Nature.com ο Τζεφ Νταν του Πανεπιστημίου Ντάλουσι στον Καναδά, ένα εργοστάσιο που πρόκειται να κατασκευαστεί στη Νεβάδα θα ρίξει το κόστος των μπαταριών ιόντων λιθίου στα 250 δολάρια ανά κιλοβατώρα.

Την τελική απόφαση για την υιοθέτηση αυτών των νέων τεχνολογιών θα την πάρει βέβαια η βιομηχανία ενέργειας. Μέχρι να υπάρξει ικανοποιητική λύση, τα δίκτυα ηλεκτροδότησης θα πρέπει να τροφοδοτούνται από συμβατικά συστήματα όταν δεν φυσάει και δεν λιάζει.

Βαγγέλης Πρατικάκης

Newsroom ΑΛΤΕΡ ΕΓΚΟ