Även om det finns många sätt som mänsklig aktivitet har lett till klimatförändringar, globala elproduktionskällor är bland de ledande bovarna. Trots små uppgångar i utbudet av vind- och solkraft, har vi ännu inte nått en punkt där vi kan avlägsna de fossila bränslen som är förankrade i kraftmixen i många länder.

Men varför är det fortfarande så?

Eftersom förnybara källor levererar en intermittent tillförsel av kraft, behöver vi också ett sätt att lagra denna energi för att möta efterfrågan från nätet när solen inte skiner eller vinden inte blåser. Detta är en stor utmaning, eftersom övergången till förnybar energi också kräver att man etablerar långvariga, säkra och prisvärda energilagringssystem. Som sådan är att hitta ett billigt, säkert och alternativt batteri till litium nyckeln till att flytta nålen till en helt förnybar energisektor.

Bortom litiumjonbatterier

Liksom med elfordon har litiumjonbatterier blivit ett populärt alternativ för elnätet, eftersom de erbjuder en modulär lösning med hög energitäthet för energilagring. Men användningen av litiumjonbatterier har också fört med sig sina egna utmaningar med höga materialkostnader, risk för brand och explosion och brist på återvinningsmetoder som begränsar den utbredda användningen av litiumjonbatterier för elnätet.

Ett otroligt lovande alternativ för att ersätta litium för energilagring i nätskala är uppladdningsbart zinkjonbatteri. Har bara dykt upp under de senaste 10 åren, zinkjonbatterier erbjuder många fördelar jämfört med litium. Dessa inkluderar billigare materialkostnader, ökad säkerhet och enklare återvinningsmöjligheter.

Med energilagringspotential i nätskala till en betydligt billigare kostnad – och högre säkerhetsnivåer – kan en utbredd kommersialisering av zinkjonbatterier vara precis vad som behövs för att integrera förnybar energi i energiinfrastrukturen i Kanada och andra länder.

Kostnaden för ett batteri

För Kanada att nå de koldioxidutsläppsmål som fastställts i kanadensiska Net-Zero Emissions Accountability Act, inklusive ett nät som drivs med 90 procent förnybar el, kommer användningen av zinkjonbatterier att vara avgörande.

Studier har visat att för att förnybar energi ska bli källan till 90 till 95 procent av all el, kostnaden för energilagring måste vara under 150 USD/kWh. Moderna litiumjonsystem är fortfarande ligger runt 350 USD/kWh. Detta beror delvis på höga tillverkningskostnader och deras beroende av dyra råvaror för att uppnå den höga energitäthet som behövs för moderna elfordon.

Zinkjonbatterier å andra sidan kan lösa kostnads- och överflödsproblemen. Att använda billiga, rikliga material som zink och mangan gör dem inte bara billigare att tillverka, utan minskar risken för avbrott i leveranskedjan eller materialbrist som påverkar litiumjonmaterial som litium och kobolt.

Smakämnen årlig produktion av zink globalt är över 100 gånger så mycket som litium. För att inte tala om det efterfrågan på litium och kobolt förväntas uppväga utbudet inom det kommande decenniet.

Zink är ett säkrare alternativ

Med rigorösa säkerhetsstandarder skapas för batterier som används i hem, fabriker eller inom elnätet, är säkerhet nyckeln till att få allmänheten att anamma dem. På detta sätt ger zinkjonbatterier ytterligare fördelar.

Smakämnen brandfarlig och giftig lösningsmedelsbaserad elektrolyt från litiumjonbatterier ersätts med ett vattenbaserat alternativ, vilket tar bort risken för brand och explosion.

Omvänt kan en säker kassering av litiumjonbatterier också vara en svår uppgift, eftersom de innehåller giftiga föreningar. Att återvinna dessa batterier är för närvarande ekonomiskt omöjligt på grund av höga kostnader leder till att stora mängder förbrukade celler hamnar på soptippar.

Lyckligtvis zinkjonbatterier förenklar behandlingen vid uttjänt livslängd. Den ogiftiga, vattenhaltiga elektrolyten som används i zinkjonbatterier betyder det väletablerade metoder som de för kassering av bly-syrabatterier kan användas. Den metalliska zinkanoden kan också enkelt återanvändas i nya batterier.

Framtiden för energilagring

För att nå sitt mål om 90 procent förnybar energi till 2030 måste Kanada leta efter alternativ till litiumjonbatterier för att möjliggöra avkolning av sin kraftsektor. Genom att utnyttja kostnaden, överflöd och säkerhetsfördelarna med zinkjonbatterier kan Kanada påskynda integrationen av vind- och solenergi över hela landet.

Zinkjonbatterier stödjer Kanadas avkolningsmål och visar sig vara en möjlighet att dra nytta av en snabbt växande batterimarknad. Även om zinkjonbatterier är en relativt ny teknik, kan deras potential att stödja energilagring i nätskala i Kanada och över hela världen inte underskattas.

Med hjälp av kanadensisk forskning och tillverkning, inklusive insatser från McMaster University och Dartmouth, NS-baserad Salient Energy Inc., kan integreringen av zinkjonbatterier bli verklighet inom de närmaste åren och etablera Kanada som en branschledare.

Om författaren

Stormen William D Gourley, doktorand, kemiteknik, McMaster University och Drew Higgins, biträdande professor, Institutionen för kemiteknik, McMaster University

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.