Praktyczne aspekty magazynowania energii

• Autorzy: Kalbarczyk Aneta , Zalewska Aldona , Marzantowicz Michał , Nowagiel Maciej , Kalbarczyk Michał

Identyfikatory

DOI

10.33223/zn/2023/15

Warianty tytułu

EN

Practical aspects of energy storage

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z kluczowych problemów i wyzwań współczesnej cywilizacji jest efekt cieplarniany i bezpieczeństwo energetyczne (strategia Unii Europejskiej), konkurencyjność polskiej i europejskiej gospodarki oraz zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza w miastach. Rozwój nowoczesnych baterii litowo-jonowych i poprawa zdolności magazynowania energii w bateriach ma strategiczne znaczenie dla Europy. Wojna na Ukrainie rozpoczęta w lutym 2022 r. zwróciła uwagę Europy na kwestię dywersyfikacji źródeł energii oraz konieczność inwestowania w odnawialne źródła energii. Rozpoczęto intensywne prace nad systemem energetyki rozproszonej, która nie może istnieć bez rozproszonego magazynowania energii. Kluczem do rozwoju rynku magazynów energii jest opracowanie rozwiązań w zakresie nowoczesnych elektrochemicznych metod magazynowania energii, ze szczególnym uwzględnieniem poniższych parametrów: wydajność, przyjazność dla środowiska, koszty, bezpieczeństwo. Celem niniejszego opracowania jest zaprezentowanie strategii projektowania nowego magazynu energii połączonego z instalacją fotowoltaiczną na wybranym modelowym domu, opartego na bateriach jonowo-litowych na podstawie zidentyfikowanych wyzwań technologicznych. Magazyny energii produkowane w oparciu o europejskie łańcuchy dostaw oraz o lokalną myśl techniczną przyczynią się do zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego, rozwoju rozproszonej energetyki oraz uniezależnienia od komponentów dostarczanych z Azji. W rozdziale poruszono kwestie technologiczne związane z budową ogniw jonowo-litowych oraz poszczególnych elementów ogniw takich jak katoda, anoda oraz elektrolit. Ponadto zaprezentowane są również dane dotyczące rozwoju rynku baterii na rynku światowym oraz trendy na rynkach europejskich. Na podstawie wyróżnionych wyzwań technologicznych projektowania nowego magazynu energii zaprojektowano strategie zmierzające to pokonania trudności, a co za tym idzie, zbudowania nowego magazynu charakteryzującego się: obniżonymi kosztami produkcji, zwiększoną pojemnością, zwiększoną mocą, zwiększoną żywotnością oraz wzrostem bezpieczeństwa.

EN

One of the key problems and challenges of modern civilization is the greenhouse effect and energy security (European Union strategy), the competitiveness of the Polish and European economies and the reduction of urban air pollution. The development of modern lithium-ion batteries and the improvement of battery energy storage capacity is of strategic importance for Europe. The war in Ukraine, which began in February 2022, has drawn Europe’s attention to the issue of diversification of energy sources and the need to invest in renewable energy sources. Intensive work has begun on a distributed energy system, which cannot exist without distributed energy storage. The key to the development of the energy storage market is the development of solutions for modern electrochemical methods of energy storage, with particular attention to the following parameters: efficiency, environmental friendliness, cost, safety. The purpose of this article is to present a strategy for the design of a new energy storage combined with a photovoltaic installation on a selected model house, based on lithium ion batteries on the basis of the identified technological challenges. Energy storages produced on the basis of the European supply chain and local technical thought will contribute to increased energy security, the development of distributed energy and independence from components supplied from Asia. The article addresses technological issues related to the construction of lithium ion cells and individual cell components such as cathode, anode and electrolyte. In addition, data on the development of the battery market in the global market and trends in European markets are also presented. On the basis of the highlighted technological challenges of designing a new energy storage, strategies are designed to overcome the difficulties and thus build a new storage characterized by: reduced production costs, increased capacity, increased power, increased life and increased safety.

Słowa kluczowe

PL

odnawialne źródła energii; magazynowanie energii; OZE; akumulatory; baterie jonowo-litowe

EN

renewable energy sources; energy storage; RES; accumulators; lithium-ion batteries

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 111
• Strony: 181--196
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Kalbarczyk Aneta

• Politechnika Warszawska, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0001-3116-6815

autor

Zalewska Aldona

• Politechnika Warszawska, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-9326-9505

autor

Marzantowicz Michał

• Politechnika Warszawska, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0003-2427-5263

autor

Nowagiel Maciej

• Politechnika Warszawska, Warszawa

• https://orcid.org/0000-0003-3223-2087

autor

Kalbarczyk Michał

• Solid Energy Group Sp. z o.o., EŁk

Bibliografia

• 1. Baster i in. 2012 – Baster, D., Zając, W. i Molenda, J. 2012 – Chemiczna modyfikacja powierzchni LiFePO4 dla uzyskania materiału katodowego dla ogniw litowych o wysokiej pojemności. Czasopismo Techniczne Mechanika 9(26), s. 23–31.
• 2. Bruce i in. 2008 – Bruce, P.G., Scrosati, B. i Tarascon, J.-M. 2008 – Nanomaterials for rechargeable lithium batteries. Angewandte Chemie International Edition 47, 2930–2946, DOI: 10.1002/anie.200702505.
• 3. Gosiewska, P. 2013 – Imidazolowe ciecze jonowe, jako składniki elektrolitów polimerowych przeznaczonych do akumulatorów litowo-jonowych. Praca magisterska, Wydział Chemiczny, Politechnika Warszawska.
• 4. Hu i in. 2013 – Hu, L.-H., Wu, F.-Y., Lin, C.-T., Khlobystov, A.N. i Li, L.-J. 2013. Graphene-modified LiFePO4 cathode for lithium ion battery beyond theoretical capacity, Nature Communication 1, DOI: 10.1038/ncomms2705.
• 5. Hornsveld, N. 2022 – Atomic layer deposition for Li-ion batteries: Novel chemistries, surface reactions and film properties. Praca doktorska, Eindhoven University of Technology.
• 6. Łuka, G. 2011 – Warstwy ZnO i ZnO:Al otrzymane metodą osadzania warstw atomowych do zastosowań w organicznej elektronice. Rozprawa doktorska, Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk.
• 7. Michalski, P. – Skrypt do ćwiczenia Nanokrystaliczne materiały katodowe, Politechnika Warszawska.
• 8. Moitzheim i in. 2019 – Moitzheim, S., Balder, J.E., Ritasalo, R., Ek, S., Poodt, P., Unnikrishnan, S., De Gendt, S. i Vereecken, P. 2019 – Toward 3D thin-film batteries: optimal current-collector design and scalable fabrication of TiO2 thin-film electrodes. ACS Applied Energy Materials 40, s. 1774–1783, DOI: 10.1021/acsaem.8b01905.
• 9. [Online] https://heatdecor.com/magazyny-energii-czyli-niezaleznosc-energetyczna-u-progu/ [Dostęp: 08.12.2022].
• 10. [Online] https://www.muratorplus.pl/technika/elektroenergetyka/magazyny-energii-efektywne-wykorzystanie-energii- odnawialnej-aa-b8Lp-yqDe-MKVq.html [Dostęp: 08.12.2022].
• 11. [Online] https://www.gramwzielone.pl/magazynowanie-energii/108716/wloskie-systemy-magazynowania-energii -przekroczyly-700-mw [Dostęp: 08.12.2022].
• 12. [Online] https://www.gramwzielone.pl/magazynowanie-energii/108716/wloskie-systemy-magazynowania-energii -przekroczyly-700-mw [Dostęp: 08.12.2022].
• 13. [Online] https://www.oze-biomar.pl/magazyn-energii [Dostęp: 08.12.2022].
• 14. Preparation of Graphene-Modified LiFePO4 Cathode for Li-Ion Battery, FINAL REPORT 2020 – North Dakota Department of Commerce Renewable Energy Program.
• 15. Rudnicka, E. 2016. Kinetyka procesów w ogniwach litowo-jonowych. Praca doktorska, Politechnika Poznańska, Wydział Technologii Chemicznej.
• 16. Sälzer i in. 2020 – Sälzer, F., Pescara, L.P., Franke, F., Müller, C., Winkler, J., Schwalm, M. i Roling, B. 2020 – Assessing the Ion Transport Properties of Highly Concentrated Non-Flammable Electrolytes in a Commercial Li-Ion Battery Cell. Batteries & Supercaps 3, s. 117–125, DOI: 10.1002/batt.201900111.
• 17. Sun i in. 2019 – Sun, Y., Guan, P., Liu, Y., Xu, H., Li, S. i Chu, D. 2019 – Recent progress in lithium lanthanum titanate electrolyte towards all solid-state lithium ion secondary battery. Critical Reviews in Solid State and Material Science 44(78), s. 265–282, DOI: 10.1080/10408436.2018.1485551.
• 18. Wang i in. 2018 – Wang, A., Kadam, S., Li, H. i Shi, S. 2018 – Review on modeling of the anode solid electrolyte interphase (SEI) for lithium-ion batteries. npj Computational Materials 4(15), DOI: 10.1038/s41524-018- 0064-0.
• 19. Wang i in. 2010 – Wang, Y., Li, H., He, P., Hosono, E. i Zhou H. 2010 – Nano active materials for lithium-ion batteries. Nanoscale 2, s. 1294–1305, DOI: 10.1039/C0NR00068J.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).