Punive baterije su jedna od ključnih tehnologija za smanjenje antropogenih emisija stakleničkih plinova. Omogućuju skladištenje električne energije kako bi se povećala fleksibilnost energetskih sustava, posljedično integrirajući viši stupanj obnovljivih izvora energije u mrežu. Osim toga, oni čine osnovu za uspješnu implementaciju električnih vozila. Predviđa se da će se važnost i potražnja za ovim tehnologijama dodatno povećati u svjetlu potrebe za postizanjem nulte neto emisije stakleničkih plinova kako bi se ograničilo povećanje globalne temperature ispod 1.5°C u odnosu na predindustrijske razine, pišu znanstvenici.

Utjecaj na okoliš

Među raznim tehnologijama punivih baterija, litij-ionske baterije dominiraju tržišnim udjelom punivih baterija i naširoko se koriste u raznim primjenama zbog svoje visoke gustoće energije i snage te dugog vijeka trajanja. Iako maju gore navedene prednosti, postoje neke velike zabrinutosti, posebno u pogledu njihovih utjecaja na okoliš povezanih s proizvodnjom i zahtjevima za oskudnim i kritičnim resursima.

S obzirom na performanse baterija, cijene, industrijski potencijal, utjecaj na okoliš te obzirom na dostupnost resursa, čini se da su najplauzibilnije alternative litij-ionskim baterijama za sada natrijeve ionske baterije i kalijeve ionske baterije. Natrij-ionske baterije smatraju se jednom od najperspektivnijih i najzrelijih post-litij tehnologija. Također se mogu implementirati u električna vozila. Alternativa su i kalij-ionske baterije zbog niske cijene, visokih radnih napona, mogućnosti procesuiranja velike brzine (snage) i obilja kalija kao resursa. Osim toga, natrij i kalij ne tvore legure s aluminijem; stoga se aluminijska folija može koristiti kao odvodnik struje umjesto bakrene folije koja se nalazi u litijskim baterijama. To smanjuje cijenu i težinu baterija.

"Zamjena litija natrijem ili kalijem kao glavnom komponentom baterije promijenit će metriku performansi baterije u različitim aspektima okoliša, kao što su upotreba materijala, potrošnja energije i emisije stakleničkih plinova. Stoga je sveobuhvatna procjena utjecaja baterija na okoliš ključna za dokazivanje ekološke učinkovitosti ovih baterija provjerom da izmjena natrijevim ili kalijevim ionskim baterijama ne rezultira neto povećanjem ukupni utjecaj na okoliš sveobuhvatnih ekoloških pitanja" ističu znanstvenici.

Rezultati

Post litij baterije imaju usporedive utjecaje na okoliš i obećavajuću izvedbu u smislu rizika opskrbe u usporedbi s litijskima. Konkretno, najboljom baterijom pokazao se tzv. KFSF odnosno jedna vrsta kalij-ionske baterije. To je zapravo kemijski spoj KFeSO4F omotan grafenom. KFSF elektroda pokazuje izvrsne elektrokemijske performanse s visokim prosječnim radnim potencijalom. Ova baterija ima najmanji utjecaj na okoliš iako je na industrijskoj razini još uvijek "nezrela" tehnologija, ima izvrsne potencijale za budućnost. No, i sve druge ispitivane baterije imale su niži utjecaj na okoliš od litijskih. Najveći utjecaj na okoliš KSFS (vrsta kalij-ionske baterije) bila je proizvodnja tiskane ploče ožičenja.

KFSF je pokazao najbolju izvedbu u smislu utjecaja na okoliš i prilično niskih rizika opskrbe, ali to je još uvijek tehnologija u ranoj fazi istraživanja kao baterija nove generacije; stoga su rezultati povezani s brojnim nesigurnostima. Umjerena gustoća energije KFSF-a ukazuje na to da bi se njegovi utjecaji na okoliš i rizici opskrbe ipak mogli poboljšati povećanjem gustoće energije. Osim poboljšanja gustoće energije, uporaba grafita za anodu doprinosi utjecaju na okoliš i rizicima opskrbe KFSF-a, što je isti izazov za litijske baterije. Recikliranje grafita za dobivanje grafema i razvoj alternativnih anoda mogli bi biti opcije za ubrzavanje prednosti KFSF-a.

U svakom slučaju rezultati ove studije sugeriraju da postoji kompromis između aspekata okoliša, rizika opskrbe i tehnološke zrelosti za sadašnje i nove baterije.