O tehnologie NASA din 1970 pentru baterii spaţiale îşi va găsi prima întrebuinţare într-o centrală de baterii cu o durată de viaţă de 50-60 ani, similară hidrocentralelor

Centralele de baterii sunt tot mai solicitate peste tot în lume, pentru că odată cu creşterea contribuţiei de energie produsă din surse regenerabile, în special solară şi eoliană, e tot mai mare nevoie de a putea stoca această energie când e produsă, pentru a fi folosită când e utilizată. Majoritatea centralelor de baterii construite în prezent folosesc baterii similare celor de pe maşinile electrice, ajustate la o scară mult mai mare şi de multe ori cu o densitate energetică mai mică. Compoziţia poate fi diferită, de la litiu-ion NMC la LFP, dar aceste baterii de reţea au aceleaşi probleme, în esenţă ca şi bateriile de maşini — ele degradează uşor în timp şi-şi pierd din capacitate. Şi dacă o hidrocentrală prin pompare are o durată de viaţă de minim 60 de ani, o centrală de baterii va avea o durată de viaţă de maxim 15-20 ani. Însă centrala de baterii despre care vorbim azi e foarte diferită în tehnologiile aplicate. De fapt, ea foloseşte o tehnologie dezvoltată de NASA şi desăvârşită în anul 1970, care a fost doar uşor adaptată în zilele noastre de către inginerii americani de la EnerVenue. Prima aplicare a acestei tehnologii într-o centrală de reţea a avea loc în Germania, printr-un acord anunţat acum cu compania germană RWE.

Germanii vor testa iniţial aceste baterii la o mini centrală de la sediul reprezentanţei lor din SUA, situată în Milwaukee. Dacă toţi parametrii promişi se or adeveri, va urma şi construcţia unei centrale în Germania, la scară mare. Şi principala caracteristică, ce i-a cucerit pe germani, e durata de viaţă a acestor baterii EnerVenue pe bază de tehnologie NASA, de 30.000 cicluri cu zero absolut în degradarea performanţelor. La trei cicluri de încărcare pe zi, asta înseamnă cam 30 de ani, însă 1-2 cicluri de încărcare pe zi e o cifră mult mai realistă şi atunci durata de viaţă poate trece de 50 de ani! Iar la un singur ciclu de încărcare şi descărcare pe zi, cum sunt folosite multe baterii de reţea, asta ar însemna peste 60 de ani de exploatare!

Cum e posibilă o durată de viaţă atât de lungă, asigurată fără o degradare a capacităţii? Datorită modului în care funcţionează acestea, cu o tehnologie bazată pe reacţii chimice reversibile dintre nichel şi hidrogen, fără niciun pic de litiu. NASA a elaborat tehnologia pentru că avea nevoie de baterii care să poată opera de la -40 la +60 grade Celsius. Bateriile litiu-ion actuale nu erau inventate atunci, însă la -40 ele operează cu putere redusă şi suferă degradare, în timp ce la +60 ele intră în fugă termică. Nici bateriile existente atunci nu puteau funcţiona în asemenea condiţii, aşa că NASA a construit cilindri în care, în interior, catodul e făcut din hidroxid de nichel, Ni(OH)2, în timp ce anodul e asigurat de hidrogenul pur, presurizat în stare gazoasă.

Foto: Bateriile pe bază de nichel şi hidrogen, folosite de NASA încă din 1970 încoace

La descărcarea bateriei, hidrogenul e oxidat şi formează apa ca produs auxiliar, generând electricitate, într-un mod similar pilelor cu combustie. La încărcare, sub acţiunea electricităţii, reacţia produce hidrogen, care e stocat. Fiind un mediu închis, materialele nu se consumă şi nu se epuizează, iar întrucât e vorba de reacţii chimice relativ simple, fără un electrolit în forma clasică, nu există formări de dendrite şi pierderi de capacitate în timp. Şi reacţia funcţionează cu randament similar şi la -40, şi la +60 grade Celsius.

Iniţial, existau nişte limitări faţă de evitarea oxidării spontane a hidrogenului şi NASA aplicase atunci catalizatoare de platină, ceea ce făcea această tehnologie deosebit de scumpă. În zilele noastre, şeful echipei de ingineri de la EnerVenue, Yi Cui, tot el profesor la universitatea Standford, a înlocuit platina cu un aliaj de cobalt, molibden şi nichel. Deci, nichelul are rol de catalizator, iar odată cu aplicarea lui, costul a scăzut până aproape de nivelul unor baterii litiu-ion de reţea, cu avantajul unei durate mai lungi de viaţă.

Noile baterii nu sunt foarte dense energetic, nu doar în raport cu bateriile maşinilor electrice, ci şi cu alte baterii de reţea litiu-ion. Dar în acest domeniu densitatea energetică nu e critică, întrucât e mai uşor să se asigure un edificiu un pic mai mare, dacă se obţine beneficiul capacităţii fără degradare şi a unei durate de viată de 3-5 ori mai mare decât alte centrale.

Un asemenea cilindru cu rol de baterie are 1,8 metri lungime şi 16,8 cm diametru şi poate stoca 3 kWh, livrând 1 kW de putere maximă. Greutatea unui tub e de 62 kg, ceea ce înseamnă o densitate medie de 48,3 Wh/kg. Pentru comparaţie, bateriile Tesla Megapack au 126 Wh/kg, însă acestea n-au nici pe aproape o asemenea durată de viaţă.

Şi, chiar dacă durata de viaţă a acestor baterii cu tehnologie NASA poate fi comparabilă cu cea a hidrocentralelor prin pompare, construcţia lor poate fi făcută mult mai repede, într-un ritm comparabil cu centralele de baterii litiu-ion. Deci, aparent noile baterii au reuşit să ia ce e mai bun din ambele lumi, singurul dezavantaj fiind dimensiunea ceva mai mare necesară faţă de cele litiu-ion, şi costul iniţial uşor mai mare decât aceleaşi baterii litiu-ion, dar care în timp e amortizat la o valoare mult mai mică.

Aşa cum spuneam, după proiectul pilot de testare de acum din Milwaukee, germanii de la RWE sunt gata să construiască o primă centrală uriaşă în Germania, parametrii discutaţi acum fiind cuprinşi între 200 MWh şi 900 MWh capacitate de stocare. Asta ar însemna o centrală uriaşă ce ar cuprinde între 66.667 cilindri în cazul bateriei de 200 MWh şi 300.000 de cilindri dacă centrala va avea 900 MWh.