Низкая стоимость и долгий срок службы: жидкометаллическая батарея меняет правила игры в хранении энергии

Стоимость является ключевым фактором для любой батареи, которая может служить жизнеспособным вариантом для хранения возобновляемой энергии в сети. Исследование, проведенное учеными из Массачусетского технологического института, показало, что стоимость хранения энергии должна составлять всего 20 долларов США за киловатт-час, чтобы сеть полностью питалась от ветра и солнца. Однако теперь жидкометаллическая батарея, которую планируется развернуть в реальных условиях в 2024 году, может значительно снизить затраты на хранение энергии.


Дональд Садоуэй, химик-материаловед и почетный профессор Массачусетского технологического института, на протяжении многих лет работал над доступностью своих многочисленных изобретений в области аккумуляторов, включая недавнюю алюминиево-серную батарею. Низкая стоимость также мотивировала его изобрести жидкометаллическую батарею с электродами из расплавленного металла и электролитом из расплавленной соли, которую он затем начал коммерциализировать, соучредив стартап Ambri в 2010 году.

Стоимость сетевой батареи Ambri составляет от 180 до 250 долларов за кВтч в зависимости от размера и продолжительности, говорится в сообщении компании. Однако ее прогнозируемая стоимость составляет около 21 доллара за кВтч к 2030 году, согласно статье Садоуэя и его коллег, опубликованной в октябре 2021 года в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews. Компания из Мальборо, штат Массачусетс, теперь готова к своей первой установке инженерных сетей. Ambri и коммунальная компания Xcel Energy начнут установку системы мощностью 300 кВтч в Авроре, штат Колорадо, в начале 2024 года; Система должна быть полностью введена в эксплуатацию к концу этого года.

Садоуэй объясняет более низкую стоимость жидкометаллической батареи более простыми материалами, химическим составом и конструкцией системы по сравнению с литий-ионной, а также более длительным сроком службы.


— Дональд Садоуэй.

Обычные батареи обычно изготавливаются с двумя твердыми электродами — графитом и оксидом металлического лития в случае литий-ионных батарей — и жидким электролитом, а также сепараторами, мембранами и другими элементами, добавляющими стоимость. Во время циклов зарядки и разрядки, когда ионы электролита попадают в электроды и выходят из них, твердые материалы расширяются и сжимаются. Повторяющиеся изменения объема со временем разбивают частицы, что приводит к уменьшению емкости аккумулятора.

Жидкометаллическая батарея Ambri состоит из трех жидких слоев, уложенных вместе в зависимости от плотности. Самый плотный, катод из расплавленной сурьмы, находится внизу, анод из легкого кальциевого сплава — сверху, а электролит соли хлорида кальция промежуточной плотности — посередине.



Конструкция из жидкого металла требует меньшего количества компонентов, а химия опирается на легирование, поэтому нет разрушения твердого материала. Во время разряда кальциевый анод высвобождает ионы кальция, которые перемещаются через электролит на катод, где образуют кальциево-сурьмянистый сплав. Во время зарядки процесс меняется на противоположный.


— Дональд Садоуэй.

10 лет назад, компания экспериментировала с литием или магнием в качестве анода. Переход на кальций должен был снизить затраты. Однако одним из недостатков нового химического состава батареи был долгий путь к развертыванию.


— Дональд Садоуэй.

Сейчас у компании есть крупный заказ на аккумуляторы от Microsoft, которая хочет отойти от дизельных генераторов в качестве резервных источников энергии в своих дата-центрах. Microsoft протестировала батарею Ambri в прошлом году.

По мере того, как Ambri расширяется, она должна будет обеспечить стабильные поставки сурьмы. По данным Investor Intel, почти 90 процентов сурьмы в мире сегодня поступает из Китая, России и Таджикистана. В августе 2021 года Ambri подписала соглашение о поставках с Perpetua Resources, одним из немногих производителей сурьмы в США.