ett material som gav ett pulserande blått till de skummande pauserna i det berömda japanska trycket The Great Wave off Kanagawa och ingjutit samma färg i verk av Picasso och Monet används idag för en helt annan men lika kreativ uppgift: att hålla energihungrig U.S. datacenter igång.
Preussian blue, pigmentet som utvecklats av en Berlin-färgtillverkare i början av 18th century, är en nyckelkomponent i batterier gjorda med natrium snarare än litium, som är avsedda för andra industrier än elfordon.
”det har använts som pigment, som färgämne och har varit en konsumentprodukt i århundraden”, säger Colin Wessells, verkställande direktör för Natron Energy Inc., i Santa Clara, Kalifornien., batteritillverkaren bakom tekniken. ”Det visar sig också vara utmärkt att lagra natriumjoner”, säger han, vilket resulterar i ett batteri med hög effekt och lång livslängd.
litiumjonbatterier har blivit allestädes närvarande under de senaste tre decennierna, används i smartphones och elfordon—inklusive bilar från Tesla och Volkswagen, samt bussar från BYD—och för att lagra förnybar energi från sol-eller vindkraftverk. Ändå är de inte det bästa alternativet för alla potentiella applikationer, eftersom de prioriterar energitäthet, vilket hjälper bilar att resa längre, över livslängd eller stabilitet. Det ger utrymme för alternativ teknik för att möta några av världens ökande batteribehov.
”litiumjon är inte en lösning som passar alla”, säger Mitalee Gupta, senior energilagringsanalytiker i Boston för Wood Mackenzie. ”Olika tekniker börjar ta sig in och kommer att börja få marknadsandelar.”
alternativ till litiumjon med material som zink, vanadin eller natrium har visat sig vara väl lämpade för många uppgifter, särskilt stationär lagring som används av verktyg för att fånga förnybar energi och leverera el till konsumenter timmar senare eller för att driva telekommunikationstorn och avlägsna industriområden som gruvor. Sektorn är redo för stigande tillväxt, med årliga installationer som beräknas stiga från 6 gigawattimmar förra året till cirka 155 gigawattimmar 2030, enligt data från BloombergNEF, Bloomberg LP: s primära forskningstjänst om energiövergång.
Natron, spunnet av Stanford University i 2012, har höjt omkring $70 miljoner från investerare inklusive olje-och gasjätten Chevron Corp.och denna månad vann $19 miljoner i Institutionen för energifinansiering. Det riktar sig till batteriförsäljningen för reservkraftssystemen som håller datacenter online i avbrott och kommer att börja leverera kvartalet till telekommunikations-och internetleverantörskunder, säger Wessells, som nekade att namnge kunderna. Uppstarten testar också teknikens utplacering i laddning av elfordon på en demonstrationsplats vid University of California i San Diego.
preussiskt blått pulver, producerat genom att kombinera järnsalt och hexacyanoferratsalt—som i de tidigaste recepten från 1720—talet involverade antändning och kokning av blandningar av torkat nötkreatursblod och kemikalier-erbjuder batteriproducenter viktiga fördelar. Det är billigt och allmänt tillgängligt, och dess egenskaper är väl förstådda. Viktigast är dess kemiska struktur idealisk för batterielektroder, de komponenter som lagrar och släpper ut energi. Alla elektroder fungerar som svampar, säger Wessells, suger upp joner och släpper dem sedan när de laddas och släpps ut. Preussisk blå tillåter emellertid joner att passera fram och tillbaka lättare än andra material. Den kvaliteten gör sina elektroder mycket längre än litiumjonbatteriernas kol-och metallbaserade elektroder, som faller ihop över tiden.
det billiga natriumjonbatteriet är snabbt att ladda, ofta inom några minuter, och kan snabbt leverera korta energiutbrott. Det är en annan uppsättning styrkor än litiumjonbatterier, uppskattad för sin förmåga att klämma in stora mängder energi i små volymer. ”Vår teknik är inte lämplig för ev, för elektriska flygplan, för konsumentelektronik”, säger Wessells.
det finns också en kostnadsfördel från att använda mer rikliga och billigare råvaror. Natron säljer batterisystem till datacenterkunder till ett liknande pris som både befintliga blysyrapaket och litiumjonprodukter, men det säger att tekniken blir tre gånger billigare på lång sikt på grund av batteriets livslängd.
”natrium är det sjätte mest rikliga elementet på jorden, det är i huvudsak obegränsat och det är hållbart. Du skördar det – du bryter inte det så mycket”, säger James Quinn, VD för Faradion Ltd., en utvecklare av natriumjonbatterier i Sheffield, England, som nyligen träffat avtal för att leverera Australiens bostadsenergilagringsmarknad och att producera batterier för kommersiella fordon i Indien.
i litiumjonprodukter kan kombinationer av dyra metaller som nickel och kobolt betyda råvaror stå för cirka 60% av hela kostnaden för battericellen, enligt BNEF. Kobolts skumma försörjningskedja fortsätter också att oroa vissa slutanvändare. Ändå har priserna på litiumjonpaket fallit nästan 90% sedan 2010, eftersom tillverkningsvolymerna har stigit och tekniken har avancerat. Även om konkurrenter klämmer ut dem från vissa marknader, kommer de att förbli den dominerande batteritekniken.
men eftersom batterier läggs till en rad produkter—potentiellt även inuti kläder till kraftkylsystem—kommer accelererande efterfrågan att stimulera ett behov av ett bredare utbud av batterityper, med hjälp av en rad råvaror, säger Venkat Viswanathan, docent i maskinteknik vid Carnegie Mellon. ”Så småningom kommer i princip varje enhet du interagerar med troligen att ha ett batteri inuti det”, säger han. ”Och när du kommer till den skalan behöver du en mängd olika celler.”- Med Akshat Rathi
Läs nästa: Teslas Battery Day Letdown risker $320 miljarder Aktievinst