Литий-ионные батареи остаются самым привычным способом хранения энергии, и мы видим тенденцию к увеличению их емкости на единицу объема. Однако литий трудно добывать, к тому же остаются вопросы по экологичности утилизации продуктов на его основе. Ученые полагают, что альтернативным решением может стать хранение энергии в расплавленном кремнии.
Массачусетский технологический институт (MIT) представил новую систему хранения энергии TEGS-MPV (теплоэнергетическое сетевое хранилище -многоузловой фотоэлектрический элемент). Первоначальная модель имела основу в виде солевой батареи с концентрированным сбором солнечной энергии. Однако солевой раствор был признан не лучшей средой для хранения энергии, так как при превышении температуры 538° С резко усиливаются его коррозийные свойства.
Ученые нашли альтернативу, которая могла бы хранить больше тепловой энергии с увеличением удельной энергоемкости системы. Их выбор пал на кремний – материал, в избытке имеющийся на планете и пригодный для нагрева до 2200° С.Система TEGS-MPV состоит из двух емкостей диаметром 10 м, изготовленных на основе графита и тщательно теплоизолированных. В одной емкости находится расплавленный кремний относительно «низкой» температуры (1900° С). Его перекачивают во второй бак через трубки с нагревательными элементами, в результате чего температура кремния повышается до 2400° С.
Использование энергии TEGS-MPV значительно отличается от солевых тепловых батарей, которые нагревают воду в теплообменнике, а полученный пар запускает турбину электростанции. Разогретый кремний излучает очень яркий свет, и эту светящуюся жидкость запускают в трубки, вокруг которых размещены многоузловые фотоэлектрические панели. Свет от кремния превращается в электричество, а остывший элемент попадает в емкость №1, и цикл повторяется снова.
Вопрос о возможной коррозии графитовых емкостей под действием раскаленного жидкого кремния решился неожиданным образом: материалы действительно вступают в химическую реакцию с образованием карбида кремния, но он не разъедает бак, а, напротив, создает внутри него защитную пленку, повышающую прочность конструкции.По подсчетам специалистов, одной системы TEGS-MPV достаточно для обеспечения электроэнергией 100 000 жилых объектов.
В идеале энергия для нагрева кремния должна поступать из возобновляемых чистых источников – от ветровой или солнечной электростанции, но возможны и традиционные источники тепла. Разработчики утверждают, что для установки систем TEGS-MPV не существует географических ограничений, и ее функционирование обойдется намного дешевле работы гидроаккумулирующих электростанций.
Очень может быть, что в ближайшем будущем песок станет важнейшим компонентом для создания эффективных систем хранения электроэнергии, полученной из возобновляемых источников. Например, австралийская компания Latent Heat Storage ранее представила свою инновационную разработку – доступную систему хранения термальной энергии на основе латентных тепловых свойств кремния, полученного из песка.