Den nuvarande litiumjonbatteritekniken kommer sannolikt inte att kunna hantera de kommande decenniernas enorma efterfrågan på energi. Det uppskattas att år 2050, El kommer att utgöra 50 procent av världens energimix. I dag, den andelen är 18 procent. Men den installerade kapaciteten för förnybar energiproduktion förväntas fyrdubblas. Detta kommer att kräva batterier som är mer effektiva, billigare och miljövänligare.

Ett av alternativen som studeras idag i många delar av världen är litium-luftbatteriet. Några av de brasilianska ansträngningarna i sökandet efter en sådan enhet presenterades på dag två av FAPESP Week London, hålls 11-12 februari, 2019.

"Det pratas mycket idag om elbilar. Vissa europeiska länder funderar också på att förbjuda förbränningsmotorer. Dessutom förnybara källor som solenergi behöver batterier för att lagra det som genereras under dagen genom solstrålning, sade Rubens Maciel Filho, en professor vid School of Chemical Engineering vid University of Campinas (UNICAMP).

Litium-luftbatteriet, fungerar för närvarande endast i laboratorieskala, använder omgivande syre som reagens. Batteriet lagrar ytterligare energi genom en elektrokemisk reaktion som resulterar i bildandet av litiumoxid.

"Det är ett hållbart sätt att lagra elektrisk energi. Med framsteg, den kan stödja många urladdnings-/laddningscykler. Den har stor potential att användas inom transport, i både lätta och tunga fordon. Det kan också fungera i eldistributionsnät, sa forskaren.

Men att förvandla experiment till kommersiellt gångbara produkter innebär att man förstår grunderna för de elektrokemiska reaktioner som uppstår i processen.

"Det kräver också utveckling av nya material som gör att vi kan utnyttja önskvärda reaktioner och minimera eller undvika oönskade, sa Maciel, chef för New Energy Innovation Center (CINE). Med enheter på UNICAMP, kärnenergiforskningsinstitutet (IPEN) och São Carlos kemiinstitut vid universitetet i São Paulo (USP), centret stöds av FAPESP och Shell inom ramen för Engineering Research Centers Program (ERC).

Han fortsatte med att förklara att några av fenomenen måste observeras i operando, eller med andra ord, i realtid. "Tanken är att hålla reda på reaktionerna som sker i dynamiska experiment och de olika kemiska arterna som bildas, även om det är tillfälligt.

Annat, några av stegen i processen går förlorade och batteriet blir ineffektivt när det gäller laddningstid och laddningstid."

För att utföra dessa mätningar, forskarna använder National Synchrotron Light Laboratory (LNLS) vid Brazilian Center for Light Research in Energy and Materials (CNPEM), ligger i Campinas.

Ett annat projekt som presenterades under sessionen var svavel-luftbatterier. Trots att det inte är lika effektivt, de är billiga och lagrar energi i många timmar. "De kan lagra energi i upp till 24 timmar till en mycket låg kostnad. Dess huvudingredienser är svavel och kaustiksoda och de är extremt billiga. Det är därför vi investerar i dem, sa Nigel Brandon, professor vid Imperial College.

På grund av dessa egenskaper, svavel-luft-batterier kan användas i hem eller företag. Brandon tror, dock, att deras största potential finns i laddstationer för elbilar, som kommer att bli mycket vanligare på grund av det europeiska målet att minska koldioxidutsläppen med 80 procent till 2050.

"Det är viktigt att understryka det faktum att de olika batteriprojekten inte konkurrerar med varandra utan snarare kompletterar varandra, " sa Geoff Rodgers från Brunel University London, sessionsfacilitator.

Sol, väte och biobränslen

Effektivare batterier är särskilt viktiga i ett scenario där användningen av solenergi förväntas öka. Maximal solstrålning under dagen kommer att kräva ett behov av effektiv lagring av energi så att den kan utnyttjas på natten.

Maciel pratade också om ett projekt på CINE för att utveckla effektivare solceller som skulle kunna användas i framtiden för att omvandla solenergi till el samt för att få kemiska produkter, eller till och med väte från vattenhydrolys.

Flytande väte är ett mycket effektivt bränsle, men dess produktion medför höga energikostnader. Det är ett av alternativen som övervägs i Storbritannien eftersom biobränslen inte är lika lönsamma som i Brasilien.

"Vi letar efter nya bakteriella enzymer för oxidation av lignin, en aromatisk polymer som utgör mer än 25 procent av växternas cellväggar och är en del av återstoden av biobränsleproduktion. Målet är att utveckla nya produkter som biobränslen, nya plaster och kemiska produkter för industrin, sa Timothy Bugg från University of Warwick.