Geschmolzenes Zinn zur Lithium-freien Energiespeicherung eingesetzt

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Die Lithium-Lieferkette hat den Interessengruppen der Automobilindustrie Albträume beschert, die darum kämpfen, genug von dem weichen, silbrigen Metall in die Hände zu bekommen, um die Montagelinien für Elektrofahrzeugbatterien am Laufen zu halten. Unterdessen sehen sie sich mit der Konkurrenz anderer Interessengruppen konfrontiert, die Lithium für ihre stationären Batterieanordnungen benötigen. Hilfe ist jedoch unterwegs. Es sind neue Formen von Lithium-freien Energiespeichersystemen entstanden, die dazu beitragen sollen, Vorräte für Elektroautos, Flugzeuge und andere mobile Anwendungen freizugeben.

Langfristige Energiespeicherung: Über die Wasserkraft hinaus

Lithium-Ionen-Batterien sind immer noch die Technologie der Wahl für die stationäre Energiespeicherung, aber sie können nur begrenzte Erfolge erzielen. Der typische Li-Ionen-Array liefert etwa 4 bis 6 Stunden Strom, je nachdem, wer gerade spricht. Das reicht aus, um viele Netzaufgaben im aktuellen Energiemix in den USA abzudecken, Energieplaner sind jedoch auf Langzeitsysteme von 10 Stunden und mehr angewiesen, um ein mit Wind- und Solarenergie gesättigtes Netz zu bewältigen.

Staudämme und Pumpspeicherwerke dominieren noch immer die Speicherlandschaft und machen 95 % der Kapazität in den USA aus. Der Umfang der Wasserkraft ist jedoch durch Geographie, Wasserverfügbarkeit und Naturschutzprioritäten begrenzt. Das Stromnetz der Zukunft erfordert neue, langlebige Systeme, die flächendeckend im ganzen Land eingesetzt werden können (siehe viele weitere Informationen). CleanTechnica Langzeitabdeckung hier).

Speicherforscher haben eine verblüffende Reihe neuer Langzeit-Energiespeichersysteme entwickelt. Ein Teil der Aktivitäten konzentriert sich auf Systeme, die auf der Kraft der Schwerkraft basieren. Das Grundprinzip ähnelt dem der Pumpspeicherung. Schwerkraftsysteme ersetzen stattdessen Wasser durch große, schwere Objekte, sodass sie mehr Standorte abdecken können.

10x günstiger als Lithium-Ionen-Batterien

Konzentrierende Solarenergie und Flow-Batterien sind ebenfalls im Einsatz, aber wir haben noch keine gesehen, die Zinn verwendet. Deshalb ist uns das US-Startup Fourth Power aufgefallen.

Am Dienstag ließ Fourth Power verlauten, dass es 19 Millionen US-Dollar im Rahmen einer Serie-A-Finanzierung eingeworben habe, um die Markteinführung seines neuen Langzeit-Energiespeichersystems zu unterstützen. Den Anfang mache ein 1-Megawattstunden-Prototyp, der in der Nähe von Boston aufgestellt werden soll.

Die Finanzierung wird auch dazu beitragen, zusätzliche Tests und die Erweiterung des Ingenieurteams des Unternehmens zu finanzieren, um das Ziel zu erreichen, langfristige Energiespeicherung zu einem Bruchteil der Kosten von Lithium-Ionen-Batterie-Arrays bereitzustellen.

„Durch die Verwendung leicht verfügbarer und kostengünstigerer Materialien sind die Gesamtsystemkosten niedriger und ermöglichen eine Energiespeicherung, die zehnmal günstiger ist als Lithium-Ionen-Batterien“, erklärte Fourth Wall in einer Pressemitteilung vom 12. Dezember.

Wow, wenn das stimmt. Das scheint ein wenig zu ehrgeizig zu sein, aber es scheint auch, dass die Voraussetzungen geschaffen sind, um die Kosten zu senken. Das Fourth Power-System verwendet heiße flüssige Zinn- und Kohlenstoffblöcke, die relativ kostengünstig und leicht verfügbar sowie ungiftig und nicht brennbar sind.

Das heiße Zinn wird auf Kohlenstoffblöcke aufgetragen, bis diese eine weißglühende Temperatur erreichen. Das Licht der Blöcke wird dann auf Thermophotovoltaikzellen reflektiert, die Sonnenenergie in Wärme umwandeln sollen.

Wenn das komplizierter und kostspieliger klingt als der einfache Anschluss an ein Solarpanel, ist es das auch. Allerdings speichern Solarzellen keine Energie. Mit dem Fourth Power-System wird das Hauptziel erreicht, saubere Kilowattstunden aus erneuerbaren Ressourcen in Zeiten geringer Nachfrage zu laden, wenn reichlich Wind- und/oder Solarstrom verfügbar ist und die Strompreise niedriger sind, und diese für die Nutzung in Zeiten der Spitzennachfrage einzustecken.

„Die Lösung soll den Wert der erneuerbaren Energieerzeugung maximieren und Netzbetreibern Kontrolle und Flexibilität zu den niedrigsten Kosten im Vergleich zu anderen Energiespeicheroptionen bieten“, erklärt Fourth Power.

Stromerzeuger können das System auch nutzen, um überschüssige Energie zu speichern, wenn ein Überangebot dazu führt, dass Netzbetreiber Abschaltungen fordern. Anstatt zu reduzieren, können die Produzenten den Überschuss lagern und später verkaufen.

„Das System ist außerdem modular und skalierbar, indem mehr Kohlenstoffblöcke hinzugefügt werden, um die Speicherdauer zu verlängern, was ein Wachstum mit dem Netz ermöglicht, wenn die Erzeugung erneuerbarer Energien zunimmt“, fügt Fourth Power hinzu und weist darauf hin, dass sein System eine langfristige Energiespeicherung von 100 Stunden bewältigen kann, und das auch konkurrieren auch mit Lithium-Ionen-Batterie-Arrays auf dem Markt für kurze Laufzeiten von etwa fünf Stunden.

Zinn zur Lithium-freien Energiespeicherung

Dies ist wahrscheinlich das erste Mal, dass Zinn die Grenze überschreitet CleanTechnica Radar im Zusammenhang mit Energiespeicherung, aber Fourth Power weist darauf hin, dass sein zinnbasiertes, lithiumfreies Energiespeichersystem das Ergebnis von 10 Jahren Forschung mit Stammbäumen vom MIT und Georgia Tech ist. Bill Gates’ hochkarätige Risikokapitalgesellschaft Breakthrough Energy Ventures und der „Deep-Tech“-Investor DCVC führten zusammen mit dem Black Venture Capital Consortium die Finanzierungsrunde der Serie A an.

Was den Grund für Zinn betrifft, unterhält das MIT eine Webseite, die die allgemeine Funktionsweise eines zinnbasierten Energiespeichersystems im Netzmaßstab beschreibt:

„Im gesamten System wird gepumptes flüssiges Zinn zur Wärmeübertragung verwendet. Zinn ist aufgrund seiner niedrigen Viskosität, seines hohen thermischen Diffusionsvermögens und seines großen Flüssigkeitstemperaturbereichs (232 °C – 2600 °C) eine ausgezeichnete Wärmeübertragungsflüssigkeit. Das Heizelement strahlt Wärme an die Wärmeübertragungsflüssigkeit ab, die die Wärme an eine Reihe von Graphitspeicherblöcken überträgt.“

Thermophotovoltaische Zellen zur langfristigen Energiespeicherung

Thermophotovoltaische Zellen benötigen zur Stromerzeugung kein Sonnenlicht, sondern lediglich das Infrarotlicht, das von heißen Objekten abgegeben wird. Die Technologie ist auf dem kommerziellen Markt relativ neu, aber einige Leute beginnen, darauf zu achten.

Am 13. Juli berichtete das Unternehmen Allied Market Research: „dem globalen Thermophotovoltaik-Markt wurde im Jahr 2022 auf 120,3 Millionen US-Dollar geschätzt und soll bis 2032 400,2 Millionen US-Dollar erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 12,8 % von 2023 bis 2032 entspricht.“

Allied nannte „den Anstieg der Energienachfrage und Fortschritte in der TPV-Technologie“ als zwei der wichtigsten Wachstumstreiber auf dem Thermophotovoltaik-Markt.

Sie warnten davor, dass „begrenztes Marktbewusstsein und technische Komplexität“ das Wachstum hemmen. Dennoch geht Allied davon aus, dass neue industrielle Anwendungen dazu beitragen könnten, das Wachstum in der Zukunft anzukurbeln.

„TPVs bieten das Potenzial für niedrigere Kosten, schnellere Reaktionszeiten, Kompatibilität mit einem extrem breiten Spektrum an Systemgrößen (von Watt bis Gigawatt) und geringere Wartungskosten aufgrund weniger beweglicher Teile“, stimmt das National Renewable Energy Laboratory des Energieministeriums zu.

Um den TVP-Umfang weiter voranzutreiben, entwickelt NREL eine Tandemzelle, die kombiniert eine thermophotovoltaische Zelle mit einer Photovoltaikzelle. Eine reflektierende Rückseite vervollständigt das Bild und reflektiert 93 % des nicht absorbierten Lichts für ein weiteres Mal.

Das NREL-Team hat sein Umwandlungsziel von 40 % bereits um ein Vielfaches übertroffen und strebt 50 % an, also behalten Sie Ihre Langzeit-Energiespeicherhüte im Auge.

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Bild (Screenshot): Geschmolzenes Zinn und Thermophotovoltaik-Technologie treiben ein neues Langzeit-Energiespeichersystem an, das vom US-Startup Fourth Power mit freundlicher Genehmigung von Fourth Power entwickelt wurde.