De huidige lithium-ionbatterijtechnologie zal waarschijnlijk niet in staat zijn om de enorme vraag naar energie van de komende decennia aan te kunnen. Geschat wordt dat in 2050 elektriciteit zal 50 procent uitmaken van de wereldwijde energiemix. Vandaag, dat percentage is 18 procent. Maar de geïnstalleerde capaciteit voor de productie van hernieuwbare energie zal naar verwachting verviervoudigen. Hiervoor zijn batterijen nodig die efficiënter zijn, goedkoper en milieuvriendelijker.

Een van de alternatieven die tegenwoordig in veel delen van de wereld wordt bestudeerd, is de lithium-luchtbatterij. Sommige van de Braziliaanse inspanningen bij het zoeken naar een dergelijk apparaat werden gepresenteerd op dag twee van FAPESP Week London, gehouden 11-12 februari, 2019.

"Er wordt vandaag veel gesproken over elektrische auto's. Sommige Europese landen denken ook na over het verbieden van verbrandingsmotoren. hernieuwbare bronnen zoals zonne-energie hebben batterijen nodig om op te slaan wat overdag wordt gegenereerd door zonnestraling, " zei Rubens Maciel Filho, een professor aan de School of Chemical Engineering van de Universiteit van Campinas (UNICAMP).

De lithium-luchtbatterij, functioneert momenteel alleen op laboratoriumschaal, gebruikt omgevingszuurstof als reagens. De batterij slaat extra energie op door een elektrochemische reactie die resulteert in de vorming van lithiumoxide.

"Het is een duurzame manier om elektrische energie op te slaan. Met de vooruitgang, het kan talrijke ontlaad-/laadcycli ondersteunen. Het heeft een groot potentieel voor gebruik in transport, in zowel lichte als zware voertuigen. Het kan ook werken in elektriciteitsdistributienetwerken, " zei de onderzoeker.

Maar om experimenten om te zetten in commercieel levensvatbare producten, moet je de fundamenten begrijpen van de elektrochemische reacties die tijdens het proces plaatsvinden.

"Het vereist ook de ontwikkeling van nieuwe materialen die ons in staat stellen om gewenste reacties te benutten en ongewenste reacties te minimaliseren of te vermijden. " zei Maciel, directeur van het Nieuwe Energie Innovatie Centrum (CINE). Met eenheden bij UNICAMP, het Nuclear Energy Research Institute (IPEN) en het São Carlos Chemistry Institute aan de Universiteit van São Paulo (USP), het centrum wordt ondersteund door FAPESP en Shell in het kader van het Engineering Research Centers Program (ERC).

Hij legde verder uit dat sommige verschijnselen in operando moeten worden waargenomen, of met andere woorden, live. "Het idee is om de reacties bij te houden die plaatsvinden in dynamische experimenten en de verschillende chemische soorten die worden gevormd, ook al is het tijdelijk.

Anders, sommige fasen in het proces gaan verloren en de batterij wordt inefficiënt in termen van oplaadtijd en oplaadduur."

Om deze metingen uit te voeren, de onderzoekers gebruiken het National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) van het Braziliaanse Center for Light Research in Energy and Materials (CNPEM), gevestigd in Campinas.

Een ander project dat tijdens de sessie werd gepresenteerd, betrof zwavel-luchtbatterijen. Ondanks dat het niet zo efficiënt is, ze zijn goedkoop en slaan energie vele uren op. "Ze kunnen tot 24 uur lang energie opslaan tegen zeer lage kosten. De belangrijkste ingrediënten zijn zwavel en natronloog en ze zijn extreem goedkoop. Daarom investeren we erin, " zei Nigel Brandon, een professor aan het Imperial College.

Door deze kenmerken, zwavel-luchtbatterijen kunnen worden gebruikt in huizen of bedrijven. Brandon gelooft, echter, dat hun grootste potentieel ligt in laadstations voor elektrische auto's, die veel gebruikelijker zal worden vanwege het Europese doel om de CO2-uitstoot tegen 2050 met 80 procent te verminderen.

"Het is belangrijk om te onderstrepen dat de verschillende batterijprojecten niet met elkaar concurreren, maar elkaar juist aanvullen. " zei Geoff Rodgers van Brunel University London, sessie begeleider.

Zon, waterstof en biobrandstoffen

Efficiëntere batterijen zijn vooral van belang in een scenario waarin het gebruik van zonne-energie naar verwachting zal toenemen. Piekzonnestraling gedurende de dag vereist de behoefte aan efficiënte opslag van energie, zodat er 's nachts gebruik van kan worden gemaakt.

Maciel sprak ook over een project bij CINE om efficiëntere fotovoltaïsche cellen te ontwikkelen die in de toekomst kunnen worden gebruikt om zonne-energie om te zetten in elektriciteit en om chemische producten te verkrijgen, of zelfs waterstof uit waterhydrolyse.

Vloeibare waterstof is een zeer efficiënte brandstof, maar de productie ervan brengt hoge energiekosten met zich mee. Het is een van de opties die in het Verenigd Koninkrijk worden overwogen, aangezien biobrandstoffen niet zo levensvatbaar zijn als in Brazilië.

"We zijn op zoek naar nieuwe bacteriële enzymen voor de oxidatie van lignine, een aromatisch polymeer dat meer dan 25 procent van de celwanden van planten vormt en deel uitmaakt van het residu van de productie van biobrandstoffen. Het doel is om nieuwe producten te ontwikkelen zoals biobrandstoffen, nieuwe kunststoffen en chemische producten voor de industrie, " zei Timothy Bugg van de Universiteit van Warwick.