Υγρό μέταλλο, πολλά υποσχόμενο για τις μελλοντικές μπαταρίες.

Ο καθηγητής Sadoway (R) και ο μεταπτυχιακός
φοιτητής Ντέιβιντ Bradwell παρατηρούν μια
πειραματική μπαταρία στο εργαστήριο.

Οι μπαταρίες έχουν διανύσει πολύ δρόμο από Ιταλό καθηγητή Alessandro Volta που εφηύρε την πρώτη μπαταρία περίπου 200 χρόνια πριν.

Ακόμα κι έτσι, υπάρχουν λίγοι τύποι μπαταριών υποψήφιοι που είναι κατάλληλοι για αποθήκευση της ενέργειας σε μεγάλες κλίμακες - μέσα σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο, για παράδειγμα.

Δεδομένου ότι η ηλεκτρική ενέργεια δεν αποθηκεύεται γενικά, το δίκτυο πρέπει να εξισορροπήσει προσεκτικά τη ζήτηση των καταναλωτών για ηλεκτρική ενέργεια με τη ποσότητα, που παρέχεται από τους παραγωγούς.

Ένα δίκτυο για αποθήκευση ενέργειας -δηλ. αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας και στη συνέχεια, απελευθερώνοντας το σύμφωνα με τη ζήτηση - θα ήταν ιδιαίτερα επιθυμητό. Αλλά κάθε τεχνολογία που έχει σχεδιαστεί για το σκοπό αυτό θα πρέπει να ασχοληθεί με τρομακτικά ποσά ενέργειας, και να είναι πολύ φθηνά και να έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής.

Ο καθηγητής Donald Sadoway, από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), στο Cambridge, ΗΠΑ, έχει εργαστεί σε μια τεχνολογία που έχει σχεδιαστεί για να εκπληρώσει αυτές τις απαιτήσεις - μπαταρίες υγρού μετάλλου.

Η προσπάθεια πλησιάζει τώρα σε μια κρίσιμη καμπή. Ο Sadoway έχει εργαστεί για να αναβαθμίσει την τεχνολογία μέσω της εταιρείας του Ambri και έχει σαν στόχο ένα εμπορικό πρωτότυπο να είναι έτοιμο μέχρι το 2014.

"Τουλάχιστον σε 18 μήνες από τώρα, θα έχουμε κάτι που μπορεί να είναι χειροπιαστό από ένα ανεξάρτητο εκτιμητή," δήλωσε ο καθηγητής Sadoway στο BBC.

"Θέλουμε να βεβαιωθούμε ότι θα έχουμε κάτι που είναι ανθεκτικό και θα λειτουργεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές. Η αγορά αυτή είναι πολύ σκληρή για να μπει.

"Δεν μπορούμε να έχουμε μια αποτυχία, αν κάτι δεν πάει καλά. Αυτό θα μπορούσε να αμαυρώσει την εικόνα της τεχνολογίας στο σημείο όπου θα πρέπει να γυρίσουμε πίσω ανεπανόρθωτα."

Οι περισσότερες από τις δυσκολίες που αντιμετώπισε κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του προγράμματος σχετίζονται με θέματα κατασκευής. Ο Donald Sadoway λέει η βασική χημεία είναι να αναπτυχθεί "όμορφα".

Μία συμβατική ξηρή μπαταρία χρησιμοποιεί δύο ηλεκτρόδια που διαχωρίζονται από έναν ηλεκτρολύτη. Αλλά το να κατασκευαστεί μια τεράστια μπαταρία με τη χρήση τεχνολογίας ξηρού στοιχείου θα απαιτούσε χιλιάδες μεμονωμένα κύτταρα - περίπου το μέγεθος ενός αναψυκτικού- να συνδέονται μεταξύ τους σε μια μαζική εγκατάσταση.

Κάθε έννοια του Sadoway βασίζεται σε παρόμοιες αρχές, αλλά τα βασικά συστατικά είναι υγρά. Ένα τηγμένο άλας ηλεκτρολύτη -στριμώχνεται μεταξύ δύο υγρών μεταλλικών ηλεκτροδίων. Ένα πυκνό θετικό ηλεκτρόδιο βρίσκεται στο κάτω μέρος της μπαταρίας, ενώ ένα χαμηλής πυκνότητας αρνητικό ηλεκτρόδιο επιπλέει στην κορυφή του ηλεκτρολύτη. Η διαφορά στη σύνθεση μεταξύ των δύο υγρών μετάλλων οδηγεί σε μια τάση.

Ο ηλεκτροχημικός του MIT πιστεύει ότι είναι δυνατό να χτιστούν γιγαντιαίες μπαταρίες με χρήση 50-100 λιγότερων μεμονωμένων κυττάρων με αυτόν τον τρόπο από ότι θα ήταν δυνατό με μία συμβατική συστοιχία μπαταριών, μειώνοντας το κόστος και την πολυπλοκότητα.

Είναι μια ιδέα που έχει προσελκύσει περίπου $ 15 εκ. της επένδυσης από την Bill Gates, Total και Khosla Ventures, που διευθύνεται από την Sun Microsystems συνιδρυτής της Vinod Khosla.

Η πιο βασική μορφή της μπαταρίας χρησιμοποιεί μαγνήσιο για το επιφανειακό στρώμα και αντιμόνιο για το στρώμα του πυθμένα. Ο καθηγητής ονομάζει το Sadoway επανάληψη "μηδενικών".

Η εργασία στην πανεπιστημιούπολη του MIT έχει κινηθεί από τότε: "Έχουμε τώρα χημικά τέταρτης γενιάς και πέμπτης γενιάς", εξηγεί ο καθηγητής Sadoway.
Οι μπαταρίες υγρού μετάλλου θα μπορούσαν να βρουν χρήσεις σε μια ποικιλία αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Ένας σημαντικός τομέας είναι η μαζική αποθήκευση: αποθήκευση της ενέργειας που παράγεται, για παράδειγμα, τις πρώτες πρωινές ώρες το πρωί και στη συνέχεια την απελευθέρωση σε περιόδους αιχμής κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Αλλά θα μπορούσε επίσης να χρησιμεύσει σε "βοηθητικές αγορές". Ένας τέτοιος τομέας είναι η διατήρηση της συχνότητας στο ρεύμα "στο σημείο". Στα περισσότερα μέρη του κόσμου, η συχνότητα των ταλαντώσεων του εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) είναι 50 Hertz (Hz), αλλά στην Αμερική - συμπεριλαμβανομένων όλων των ΗΠΑ - είναι 60Hz.

Έτσι πρέπει να διατηρούνται σε αυτές τις αντίστοιχες συχνότητες, συν - πλην κάποιο κλάσμα του ενός τοις εκατό, οι ηλεκτρονικές συσκευές θα μπορούσαν να αστοχήσουν, για παράδειγμα.

Μια μπαταρία κατά τη διαδικασία της φόρτισης θα εμφανιστεί στο δίκτυο ως φορτίο - που σημαίνει ότι καταναλώνει ενέργεια από το δίκτυο. Αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως γεννήτρια, η οποία φαίνεται στο δίκτυο όταν εκφορτίζεται.

"Η ορθολογική χρήση του ότι και στις δύο λειτουργίες φορτίου και γεννήτρια μπορεί να βοηθήσει στη ρύθμιση συχνότητας," λέει ο Donald Sadoway.

Αποθήκευση δικτύου θα μπορούσε να γίνει για να βοηθήσει τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως η αιολική, η κυματική και η ηλιακή ενέργεια ανταγωνιστική με τις παραδοσιακές πηγές ενέργειας.

Οι ταχύτητες ανέμου, και το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που δεχόμαστε, να διαφέρει από μέρα σε μέρα. Ως αποτέλεσμα, η ποσότητα της ενέργειας που παράγεται από αυτές τις ανανεώσιμες πηγές κυμαίνεται.

Επί του παρόντος, αυτές οι διακυμάνσεις μπορεί να αντισταθμιστούν με ρύθμιση μέσω των παραδοσιακών πηγών ενέργειας, όπως ο άνθρακας και το φυσικό αέριο. Αλλά ένας βολικός τρόπος για την αποθήκευση της ενέργειας που παράγεται από αιολική και ηλιακή θα τους επιτρέψει να παρέχουν ισχύ χωρίς να συμπληρώνονται.

Η ομάδαSadoway έχει επίσης εξετάσει ένα μοντέλο στο οποίο οι μπαταρίες υγρού μετάλλου τοποθετούνται στο υπόγειο των ουρανοξυστών στο Μανχάταν. Οι ειδικοί εκτιμούν ότι μέσα σε τρία χρόνια, η ζήτηση σε ηλεκτρική ενέργεια στο Μανχάταν πρόκειται να ξεπεραστεί από τη σημερινή στο νησί.

"Αν έχουμε μπαταρίες, θα μπορούσαμε να πάρουμε ηλεκτρική ενέργεια τις πρώτες πρωινές ώρες και στη συνέχεια στη μέση της ημέρας," εξηγεί ο ίδιος.

Ο Peter Bruce, καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο του St Andrews, Ηνωμένο Βασίλειο, ο οποίος δεν ασχολείται με την ομάδα του MIT, είπε: "Η αποθήκευση ενέργειας για το ηλ. δίκτυο πρόκειται να είναι ένα πολύ σημαντικό πρόβλημα στο μέλλον, γιατί καθώς προχωρούμε προς την αύξηση της χρήσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και της πυρηνικής, πραγματικά είναι πρόκληση για τη σταθερότητα του δικτύου και τη ρύθμιση της συχνότητας, για παράδειγμα. "

"Δεν υπάρχει κάτι που να κάνει σε όλους για την αποθήκευση στο δίκτυο, πρόκειται να ζητούν διαφορετικές λύσεις, διότι το μέγεθος της αποθήκευσης και τα χρονοδιαγράμματα που θα πρέπει να αποθηκεύετε είναι μεγάλη. Είναι απίθανο να είναι μια τεχνολογία που να προσφέρει τα πάντα."

Μπαταρίες εγκατασταθεί στο υπόγειο του Μανχάταν ουρανοξύστες
θα μπορούσε να λύσει μια κρίση έκρηξη ηλεκτρικής ενέργειας

Εκτός από το υγρό μέταλλο, άλλες τεχνολογίες μπαταριών για αποθήκευση δικτύου μεγάλης κλίμακας περιλαμβάνουν οξειδοαναγωγική ροή, ιόντων λιθίου και  ιόντων νατρίου.

"Κανένας δεν έχει κάνει συμφωνία που να  επιλύει τα πάντα. Σε αυτό το στάδιο, προσπαθούμε να αντιμετωπίσουμε τα προβλήματα του καθενός και να δούμε ποιο θα αναδειχθεί τελικά οικονομικό και αποδοτικό, αξιόπιστο, ισχυρό και να αποδώσει τα δέοντα".

Για εμπορικούς λόγους η ακριβής χημεία που χρησιμοποιείται στην Ambri για τις μπαταρίες της παραμένει μυστική.

"Σαν μια ανερχόμενη εταιρία, είναι πολύ σημαντικό το γεγονός να μην αποκαλυφθεί το μυστικό, γιατί αν κάποια μεγάλη εταιρία αποφάσιζε να εισέλθει στο χώρο αυτόν, με τεράστιους πόρους, θα μπορούσε να βάλουν πολλούς να ασχοληθούν με το πρόβλημα και να μας προσπεράσει", εξηγεί ο καθηγητής του MIT.

"Είσαι πολύ ευάλωτος. Είσαι σαν μια μικρή χελώνα στην παραλία και ανά πάσα στιγμή ένα μεγάλο πουλί θα μπορούσε να προσγειωθεί και να σε πάρει από την άμμο πριν φτάσεις στο νερό."

Αλλά προσθέτει: "Αυτή τη στιγμή νομίζω ότι οι ενδιαφερόμενοι είναι επιφυλακτικοί και είμαι χαρούμενος με αυτό."

Πηγή, BBC News
Απόδοση, Δημήτρης Γιάκας