電池：これまで再生可能エネルギー貯蔵のボトルネック

電池：これまで再生可能エネルギー貯蔵のボトルネック

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再生可能エネルギー貯蔵は、最近まで、化石燃料に代わるクリーン エネルギーへの世界的な移行の障壁となっていました。その結果、気候変動対策戦略の一環として再生可能エネルギーに注目する中で、貯蔵問題の解決がこれまで以上に重要になっています。

この障壁の解決策は、遅れているバッテリー技術を進歩させることであり、リチウムイオンバッテリーは重要なコンポーネントです。

再生可能エネルギーはどのように機能するのでしょうか?

再生可能エネルギー源は無限に持続可能です。最もよく知られている 3 つの再生可能エネルギー源は、水力発電、太陽光発電、風力発電です。ただし、地熱、バイオマス、海洋潮位変動の利用など、代替の再生可能エネルギー源も優れた選択肢です。

国内外で最も急速に成長しているエネルギー源は再生可能エネルギーです。減税、関税、コスト削減市場の状況などの政策変更がこの拡大を加速させています。その結果、再生可能エネルギーへの移行は、企業や個人にとって経済的にますます有利になりつつあります。

水力発電は世界の主要な再生可能エネルギー源であり、そのほとんどは巨大な水力発電ダムによって生産されます。 2 番目によく使用される再生可能エネルギー源である風力エネルギーは、通常 2 ～ 5 メガワットの電力を生成する大型の風力タービンによって生成されます。 2050 年までに、太陽エネルギーは米国のすべての再生可能エネルギーの 48% を占めると予想されており、最も急速に成長するエネルギー源となります。

なぜバッテリーが再生可能エネルギー貯蔵のボトルネックになったのか

一部の再生可能エネルギー源、特に風力や太陽光は、時々しか発電しません。ご想像のとおり、ソーラー パネルと風力タービンは、適度な風が吹いている場合にのみ発電できます。したがって、再生可能エネルギーを大規模に利用できるかどうかは、需要が供給を超えたときに回収した風力エネルギーと太陽エネルギーを蓄えるかどうかにかかっています。

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再生可能エネルギーを貯蔵する主な方法は電池ですが、電池の開発は風力発電や太陽光発電の改善に追いつく必要があります。業界では最近まで時代遅れの鉛蓄電池を使用していました。

残念なことに、鉛蓄電池は維持と交換に高価であり、効率が悪く、重く、有毒です。比較的最近開発されたリチウム電池は、多くの鉛蓄電池の欠点に対処することで、再生可能エネルギー貯蔵を拡大する新たな機会を生み出しました。

再生可能エネルギー貯蔵用バッテリー

鉛酸バッテリーとリチウムイオンディープサイクルバッテリーは、再生可能エネルギーを貯蔵するための 2 つの最大のソリューションです。これらのそれぞれを調べて、リチウムが新しい機会の創出にどのように貢献しているかを見てみましょう。

鉛酸

鉛蓄電池は伝統的に、再生可能エネルギーを貯蔵するために最もよく使われてきました。硫酸溶液中に懸濁された鉛板は鉛酸バッテリーを作り、エネルギーを蓄える化学反応を可能にします。最も人気があり、手頃な価格のディープサイクル バッテリーは鉛酸バッテリーです。残念ながら、鉛蓄電池技術は時間が経ってもあまり進歩しておらず、いくつかの重大な欠陥があります。鉛蓄電池は内部に鉛板があるため重量があり、硫酸溶液を継続的にチェックして補充する必要があります。鉛蓄電池も、容量の 50% 未満まで放電すると損傷を受け、寿命が短くなります。

こうした望ましくない鉛蓄電池の制限により、再生可能エネルギー源の導入が妨げられてきました。たとえば、オフグリッドの太陽光発電システムや風力発電システムを確立するには、継続的なメンテナンスが必要な危険な化学物質を含む大量の重いバッテリーが必要です。鉛蓄電池の寿命も通常 2 ～ 5 年です。そのため、使用済みのバッテリーを廃棄し、数年ごとに交換する必要があります。

消費者はこれらの問題を煩わしいと感じていますが、商用アプリケーションではよりスケーラブルで持続可能なものでなければなりません。たとえば、電力会社や大企業では、頻繁に交換する必要があるバッテリーの保守と監視のために従業員のチームを雇う必要があります。

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リチウムイオン

リチウムイオン電池は、鉛板と硫酸を使用する代わりに、リチウム塩を使用してエネルギーを蓄積する化学プロセスを開始します。リチウム電池の設計と化学的性質のおかげで、鉛蓄電池よりも軽く、安全で、効果的で、メンテナンスが簡単です。リチウム電池の唯一の欠点は、初期コストが高いことです。ただし、詳しく見てみると、リチウム電池の利点により、電池全体の全体的なコストが削減されることがわかります。

リチウムイオン電池使用のメリット

再生可能エネルギーの貯蔵にリチウム電池を採用する利点をいくつか見てみましょう。

さらに効果的な

鉛蓄電池は 3 つの重要な利点があるため、リチウム電池よりも効率が低くなります。充電あたりの有効容量が高く、より軽く、より速く充電できます。

鉛蓄電池は定格容量の 50% 未満で放電すると寿命が短くなり、損傷が発生します。一方、リチウム電池は、容量の 80% まで使用しても問題はありません。その結果、鉛蓄電池とリチウム電池は、1 回の充電あたりの有効容量が同等になります。

リチウム電池は、エネルギー貯蔵容量が高いことに加えて、鉛板がないため、鉛酸電池の約半分の重さになります。さらに、適切な充電コントローラーを使用すると、最大 5 倍速く充電できます。

より経済的

鉛蓄電池は 100 ドルという安価で購入できますが、リチウム電池は約 900 ドルから購入できます。最初は、初期費用の高さに圧倒されるように思えるかもしれません。しかし、よく見てみると、リチウム電池は全体的なコストの削減につながることがよくあります。

メンテナンスの軽減

リチウム電池に内蔵された電池管理システム (BMS) は、電池セルの状態を追跡し、電池が安全なパラメータ内で動作することを保証します。 BMS のおかげで、リチウム電池のメンテナンスは必要なくなりました。代わりに、一度取り付けたら休ませることができます。

より安全

統合された BMS のおかげで、リチウム電池はより安全です。ただし、熱暴走はバッテリー全般の問題の 1 つです。バッテリーは過熱し、熱暴走により発火する可能性があります。熱暴走は、熱くなりすぎて一連の現象が引き起こされる場合に発生します。有害な状態を検知すると、内部 BMS がバッテリー セルの温度を監視し、熱暴走を防ぐためにバッテリー セルの電源をオフにします。

長寿命化

鉛蓄電池は、2 ～ 5 年の寿命全体で数百回の充電サイクルしか耐えられません。一方、リチウム電池は 10 年以上の寿命があり、3,000 ～ 5,000 回の充電サイクルに耐えることができます。リチウム電池のメーカーは、多くの場合、自社製品に 10 年間の保証を提供します。

リチウムイオン電池が取り組んでいるボトルネックは何ですか?

リチウム電池は、メンテナンスの必要性が少なく、効率が高く、重量が半分であるため、多くの用途で鉛酸電池のアップグレードとして推奨されています。さらに、再生可能エネルギーの利用拡大も推進しています。

結論

再生可能エネルギーの貯蔵は、老朽化したバッテリー技術によって長い間制限されてきました。しかし、エネルギー貯蔵の可能性を再定義し拡大したリチウム電池の登場により、再生可能エネルギーは環境と経済にとって最も有利な選択肢となっています。