Energieopslag

admin 0 Comments Articles

Energieopslag

OutlineEdit

De volgende lijst bevat een verscheidenheid aan soorten energieopslag:

MechanischEdit

Energie kan worden opgeslagen in water dat naar een grotere hoogte wordt gepompt met behulp van pompopslagmethoden of door vaste materie naar hogere locaties te verplaatsen (zwaartekrachtbatterijen). Andere commerciële mechanische methoden omvatten het samenpersen van lucht en vliegwielen die elektrische energie omzetten in interne energie of kinetische energie en dan weer terug wanneer de elektrische vraag piekt.

WaterkrachtEdit

Hydro-elektrische stuwdammen met reservoirs kunnen worden bediend om elektriciteit te leveren op momenten van piekvraag. Water wordt opgeslagen in het reservoir tijdens perioden van geringe vraag en vrijgelaten wanneer de vraag groot is. Het netto-effect is vergelijkbaar met dat van pompaccumulatie, maar dan zonder het pompverlies.

Hydro-elektrische stuwdammen slaan weliswaar niet rechtstreeks energie van andere opwekkingseenheden op, maar gedragen zich wel als gelijkwaardige stuwdammen door de productie te verlagen in perioden van een overschot aan elektriciteit uit andere bronnen. In deze modus zijn stuwdammen een van de meest efficiënte vormen van energieopslag, omdat alleen de timing van de opwekking verandert. Hydro-elektrische turbines hebben een opstarttijd in de orde van enkele minuten.

Pumped hydroEdit

Het Sir Adam Beck Generating Complex bij Niagara Falls, Canada, dat een groot reservoir voor pompaccumulatie van hydro-elektriciteit omvat om in perioden van piekvraag 174 MW extra elektriciteit te leveren.

Wereldwijd is pompaccumulatie van waterkracht (PSH) de grootste beschikbare vorm van actieve energieopslag in het net, en in maart 2012 meldde het Electric Power Research Institute (EPRI) dat PSH goed is voor meer dan 99% van de bulkopslagcapaciteit wereldwijd, wat neerkomt op ongeveer 127.000 MW. De energie-efficiëntie van PSH varieert in de praktijk tussen 70% en 80%, met beweringen tot 87%.

Op momenten van lage elektrische vraag wordt overtollige opwekkingscapaciteit gebruikt om water van een lagere bron in een hoger reservoir te pompen. Wanneer de vraag toeneemt, wordt het water via een turbine teruggevoerd naar een lager gelegen reservoir (of waterweg of waterlichaam), waardoor elektriciteit wordt opgewekt. Omkeerbare turbine-generatorassemblages fungeren zowel als pomp als turbine (meestal een Francis-turbineontwerp). Bijna alle installaties maken gebruik van het hoogteverschil tussen twee watermassa’s. Zuivere pompaccumulatie-installaties verplaatsen het water tussen reservoirs, terwijl de “pump-back”-benadering een combinatie is van pompaccumulatie en conventionele waterkrachtcentrales die gebruik maken van natuurlijke stroming.

PersluchtEdit

Een persluchtlocomotief die tussen 1928 en 1961 in een mijn werd gebruikt.

Compressed air energy storage (CAES) gebruikt overtollige energie om lucht samen te persen voor latere elektriciteitsopwekking. Kleinschalige systemen worden al lang gebruikt voor toepassingen als de aandrijving van mijnlocomotieven. De samengeperste lucht wordt opgeslagen in een ondergronds reservoir, zoals een zoutkoepel.

Compressed-air energy storage (CAES) plants can bridge the gap between production volatility and load. CAES-opslag voorziet in de energiebehoeften van de consument door op doeltreffende wijze direct beschikbare energie te leveren om aan de vraag te voldoen. Hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie variëren. Dus op momenten dat ze weinig stroom leveren, moeten ze worden aangevuld met andere vormen van energie om aan de energievraag te voldoen. Energieopslaginstallaties met samengeperste lucht kunnen het overschot aan energie van hernieuwbare energiebronnen opnemen in tijden van overproductie van energie. Deze opgeslagen energie kan op een later tijdstip worden gebruikt wanneer de vraag naar elektriciteit toeneemt of de beschikbaarheid van energiebronnen afneemt.

Compressie van lucht wekt warmte op; de lucht is warmer na compressie. Uitzetting vereist warmte. Als er geen extra warmte wordt toegevoegd, zal de lucht na het uitzetten veel kouder zijn. Als de warmte die bij de compressie ontstaat, kan worden opgeslagen en gebruikt bij de expansie, verbetert de efficiëntie aanzienlijk. Een CAES-systeem kan op drie manieren met de warmte omgaan. Luchtopslag kan adiabatisch, diabatisch of isothermisch zijn. Een andere benadering maakt gebruik van samengeperste lucht om voertuigen aan te drijven.

VliegwielEdit

De belangrijkste onderdelen van een typisch vliegwiel.

Een Flybrid Kinetic Energy Recovery System vliegwiel. Het is gebouwd voor gebruik in Formule 1-racewagens en wordt gebruikt om kinetische energie die tijdens het remmen wordt opgevangen, terug te winnen en opnieuw te gebruiken.

Vliegwiel-energieopslag (FES) werkt door een rotor (een vliegwiel) tot een zeer hoge snelheid te versnellen, waarbij energie als rotatie-energie wordt vastgehouden. Wanneer energie wordt toegevoegd, neemt de rotatiesnelheid van het vliegwiel toe, en wanneer energie wordt onttrokken, neemt de snelheid af, als gevolg van behoud van energie.

De meeste FES-systemen gebruiken elektriciteit om het vliegwiel te versnellen en te vertragen, maar apparaten die rechtstreeks mechanische energie gebruiken, worden overwogen.

FES-systemen hebben rotoren die zijn gemaakt van koolstofvezelcomposieten met hoge sterkte, opgehangen door magnetische lagers en draaien met snelheden van 20.000 tot meer dan 50.000 omwentelingen per minuut (tpm) in een vacuümbehuizing. Dergelijke vliegwielen kunnen in enkele minuten hun maximale snelheid bereiken (“opladen”). Het vliegwielsysteem is verbonden met een combinatie elektromotor/generator.

FES-systemen hebben een relatief lange levensduur (die tientallen jaren meegaat met weinig of geen onderhoud; voor vliegwielen wordt een levensduur van meer dan 105, tot 107, gebruikscycli genoemd), een hoge specifieke energie (100-130 W-h/kg, of 360-500 kJ/kg) en vermogensdichtheid.

Vaste massa gravitatie Edit

Het veranderen van de hoogte van vaste massa’s kan energie opslaan of vrijmaken via een opheffingssysteem dat wordt aangedreven door een elektrische motor/generator. Studies suggereren dat energie kan worden vrijgegeven met zo weinig als 1 seconde waarschuwing, waardoor de methode een nuttige aanvullende voeding in een elektriciteitsnet om belasting pieken in evenwicht te brengen.

Efficiënties kunnen oplopen tot 85% terugwinning van opgeslagen energie.

Dit kan worden bereikt door het situeren van de massa’s in oude verticale mijnschachten of in speciaal gebouwde torens waar de zware gewichten worden opgehaald om energie op te slaan en een gecontroleerde afdaling worden toegestaan om het vrij te geven. In 2020 wordt een prototype van een verticale opslag gebouwd in Edinburgh, Schotland

Potentiële energieopslag of opslag van zwaartekrachtenergie was in 2013 actief in ontwikkeling in samenwerking met de California Independent System Operator. Het onderzocht de verplaatsing van met aarde gevulde trechterwagons aangedreven door elektrische locomotieven van lagere naar hogere hoogten.

Andere voorgestelde methoden omvatten:-

• het gebruik van rails en kranen om betongewichten op en neer te bewegen;
• gebruik van hooggelegen, door zonne-energie aangedreven ballonplatforms die lieren ondersteunen om vaste massa’s die eronder zijn geslingerd, op te tillen en neer te laten;
• gebruik van door een zeeschip ondersteunde lieren om te profiteren van een hoogteverschil van 4 km tussen het zeeoppervlak en de zeebodem,

accumulatietoren voor stadsverwarming van Theiss bij Krems an der Donau in Neder-Oostenrijk met een thermisch vermogen van 2 GWh

ThermalEdit

Thermische energieopslag (TES) is het tijdelijk opslaan of verwijderen van warmte.

Zintuiglijke warmte thermischeEdit

Zintuiglijke warmteopslag maken gebruik van de voelbare warmte in een materiaal om energie op te slaan.

Seizoensgebonden thermische energieopslag (STES) maakt het mogelijk om warmte of koude te gebruiken maanden nadat deze werd verzameld uit afval-energie of natuurlijke bronnen. Het materiaal kan worden opgeslagen in ingesloten waterhoudende grondlagen, clusters van boorgaten in geologische substraten zoals zand of kristallijn vast gesteente, in met grind en water gevulde, beklede kuilen, of met water gevulde mijnen. Seizoensgebonden projecten voor thermische energieopslag (STES) hebben vaak een terugverdientijd van vier tot zes jaar. Een voorbeeld is Drake Landing Solar Community in Canada, waar 97% van de warmte het hele jaar door wordt geleverd door thermische zonnecollectoren op de daken van de garages, met een warmteopslagsysteem in een boorgat (BTES) als faciliterende technologie. In Braedstrup, Denemarken, maakt het stadsverwarmingssysteem op zonne-energie ook gebruik van BTES, bij een temperatuur van 65 °C (149 °F). Een warmtepomp, die alleen werkt wanneer er een overschot aan windenergie beschikbaar is op het nationale net, wordt gebruikt om de temperatuur te verhogen tot 80 °C (176 °F) voor distributie. Wanneer er geen door de wind opgewekte elektriciteit beschikbaar is, wordt een gasgestookte boiler gebruikt. Twintig procent van de warmte van Braedstrup is afkomstig van zonne-energie.

Latente warmte thermische (LHTES)Edit

Latente warmte thermische energieopslagsystemen werken door warmte over te brengen naar of van een materiaal om de fase ervan te veranderen. Een faseverandering is het smelten, stollen, verdampen of vloeibaar maken. Een dergelijk materiaal wordt een faseveranderingsmateriaal (PCM) genoemd. Materialen die in LHTES worden gebruikt, hebben vaak een hoge latente warmte, zodat de faseverandering bij hun specifieke temperatuur een grote hoeveelheid energie absorbeert, veel meer dan de voelbare warmte.

Een stoomaccumulator is een type LHTES waarbij de faseverandering plaatsvindt tussen vloeistof en gas en gebruik wordt gemaakt van de latente verdampingswarmte van water. Airconditioningsystemen met ijsopslag gebruiken elektriciteit buiten de piekuren om koude op te slaan door water tot ijs te bevriezen. De in ijs opgeslagen koude komt vrij tijdens het smeltproces en kan worden gebruikt voor koeling tijdens piekuren.

Cryogene thermische energieopslagEdit

Zie hoofdartikel Cryogene energieopslag

Lucht kan vloeibaar worden gemaakt door afkoeling met behulp van elektriciteit en als cryogeen worden opgeslagen met bestaande technologieën. De vloeibare lucht kan dan door een turbine worden geëxpandeerd en de energie kan als elektriciteit worden teruggewonnen. Het systeem werd gedemonstreerd in een proefinstallatie in het VK in 2012.In 2019 kondigde Highview plannen aan om een 50 MW te bouwen in het noorden van Engeland en het noorden van Vermont, waarbij de voorgestelde faciliteit vijf tot acht uur energie kan opslaan, voor een opslagcapaciteit van 250-400 MWh.

Carnot-batterijEdit

Zie hoofdartikel Carnot-batterij

Elektrische energie kan worden opgeslagen in warmteopslag door weerstandsverwarming of warmtepompen, en de opgeslagen warmte kan weer worden omgezet in elektriciteit via de Rankine-cyclus of de Brayton-cyclus.Deze technologie is bestudeerd om bestaande kolengestookte elektriciteitscentrales om te bouwen tot opwekkingssystemen zonder fossiele brandstoffen. Kolengestookte ketels worden vervangen door warmteopslag bij hoge temperatuur, die wordt opgeladen met overtollige elektriciteit uit variabele hernieuwbare energiebronnen.In 2020 begint het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum met de bouw van ’s werelds eerste grootschalige Carnot-batterijsysteem, met een opslagcapaciteit van 1.000 MWh.

ElektrochemischEdit

Oplaadbare batterijEdit

Een oplaadbare accubank die wordt gebruikt als ononderbreekbare stroomvoorziening in een datacenter

Een oplaadbare batterij bestaat uit een of meer elektrochemische cellen. Zij staat bekend als een “secundaire cel” omdat de elektrochemische reacties elektrisch omkeerbaar zijn. Oplaadbare batterijen zijn er in vele vormen en maten, variërend van knoopcellen tot megawatt-netwerksystemen.

Oplaadbare batterijen hebben lagere totale gebruikskosten en een geringer milieueffect dan niet-oplaadbare (wegwerp) batterijen. Sommige types oplaadbare batterijen zijn verkrijgbaar in dezelfde vormfactoren als wegwerpbatterijen. Oplaadbare batterijen hebben hogere initiële kosten, maar kunnen zeer goedkoop worden opgeladen en vele malen worden gebruikt.

Gemeenschappelijke chemische samenstellingen voor oplaadbare batterijen zijn onder meer:

• Lood-zuur-batterij: Loodaccu’s hebben het grootste marktaandeel onder de elektrische opslagproducten. Een enkele cel produceert ongeveer 2V wanneer deze is opgeladen. In opgeladen toestand zijn de negatieve elektrode van metallisch lood en de positieve elektrode van loodsulfaat ondergedompeld in een verdund zwavelzuur (H2SO4) elektrolyt. Tijdens het ontladingsproces worden elektronen uit de cel geduwd doordat loodsulfaat wordt gevormd aan de negatieve elektrode, terwijl de elektrolyt wordt gereduceerd tot water.

• De technologie van loodzuur-batterijen is uitgebreid ontwikkeld. Het onderhoud vergt weinig werk en de kosten zijn laag. De beschikbare energiecapaciteit van de batterij is onderhevig aan een snelle ontlading, hetgeen resulteert in een geringe levensduur en een lage energiedichtheid.

• Nikkel-cadmium-batterij (NiCd): Gebruikt nikkel-oxidehydroxide en metallisch cadmium als elektroden. Cadmium is een giftig element, dat in 2004 door de Europese Unie voor de meeste toepassingen werd verboden. Nikkel-cadmium-batterijen zijn bijna volledig vervangen door nikkel-metaalhydride-batterijen (NiMH).
• Nikkel-metaalhydride-batterij (NiMH): De eerste commerciële types kwamen in 1989 beschikbaar. Deze zijn nu een gangbaar consumenten- en industrieel type. De batterij heeft een waterstof-absorberende legering voor de negatieve elektrode in plaats van cadmium.
• Lithium-ion-batterij: De keuze in veel consumentenelektronica en hebben een van de beste energie-massaverhoudingen en een zeer langzame zelfontlading wanneer ze niet worden gebruikt.
• Lithium-ion polymeerbatterij: Deze batterijen zijn licht in gewicht en kunnen in elke gewenste vorm worden gemaakt.

Flow batterijEdit

Een flow batterij werkt door het passeren van een oplossing over een membraan waar ionen worden uitgewisseld om de cel op te laden of te ontladen. De celspanning wordt chemisch bepaald door de Nernst-vergelijking en varieert, in praktische toepassingen, van 1,0 V tot 2,2 V. De opslagcapaciteit hangt af van het volume van de oplossing. Een flowbatterij is technisch verwant aan zowel een brandstofcel als een elektrochemische accumulatorcel. Commerciële toepassingen zijn voor opslag met lange halve cycli, zoals back-up netstroom.

SupercapacitorEdit

Een van een vloot van elektrische capabussen aangedreven door supercapacitors, bij een snellaadstation-bushalte, in gebruik tijdens Expo 2010 Shanghai China. Oplaadrails kunnen worden gezien opgehangen boven de bus.

Supercapacitors, ook wel elektrische dubbellaagse condensators (EDLC) of ultracapacitors genoemd, zijn een familie van elektrochemische condensators die geen conventionele vaste diëlektrica hebben. De capaciteit wordt bepaald door twee opslagprincipes, de dubbellaagse capaciteit en de pseudocapaciteit.

Supercapacitors overbruggen de kloof tussen conventionele condensatoren en oplaadbare batterijen. Zij slaan de meeste energie per volume- of massa-eenheid (energiedichtheid) op onder de condensatoren. Zij ondersteunen tot 10.000 farads/1,2 Volt, tot 10.000 maal die van elektrolytische condensatoren, maar leveren of accepteren minder dan de helft van het vermogen per tijdseenheid (vermogensdichtheid).

Weliswaar hebben supercapacitoren een specifieke energie en energiedichtheid die ongeveer 10% van die van batterijen bedraagt, maar hun vermogensdichtheid is in het algemeen 10 tot 100 maal zo groot. Dit resulteert in veel kortere laad/ontlaadcycli. Ook verdragen zij veel meer laad/ontlaad cycli dan batterijen.

Supercapacitors hebben vele toepassingen, waaronder:

• Lage voedingsstroom voor geheugenback-up in statisch willekeurig toegankelijk geheugen (SRAM)
• Kracht voor auto’s, bussen, treinen, kranen en liften, met inbegrip van energieterugwinning bij remmen, energieopslag op korte termijn en stroomlevering in burst-modus

Andere chemischeEdit

Kracht naar gasEdit

Power to gas is de omzetting van elektriciteit in een gasvormige brandstof zoals waterstof of methaan. De drie commerciële methoden maken gebruik van elektriciteit om water door middel van elektrolyse te reduceren tot waterstof en zuurstof.

Bij de eerste methode wordt de waterstof in het aardgasnet geïnjecteerd of voor het vervoer gebruikt. Bij de tweede methode wordt de waterstof gecombineerd met kooldioxide om methaan te produceren met behulp van een methanatiereactie zoals de Sabatier-reactie of biologische methanatie, wat resulteert in een extra energieomzettingsverlies van 8%. Het methaan kan vervolgens aan het aardgasnet worden toegevoerd. De derde methode maakt gebruik van het outputgas van een houtgasgenerator of een biogasinstallatie, nadat de biogasopwaarderaar is gemengd met de waterstof uit de elektrolyzer, om de kwaliteit van het biogas op te waarderen.

WaterstofEdit

Het element waterstof kan een vorm van opgeslagen energie zijn. Waterstof kan elektriciteit produceren via een waterstofbrandstofcel.

Bij penetraties van minder dan 20% van de vraag van het net veranderen hernieuwbare energiebronnen de economie niet ingrijpend; maar boven ongeveer 20% van de totale vraag wordt externe opslag belangrijk. Als deze bronnen worden gebruikt om ionische waterstof te maken, kunnen ze vrij worden uitgebreid. In 2007 is in de afgelegen gemeenschap van Ramea, Newfoundland en Labrador, een 5-jarig proefprogramma van start gegaan waarbij gebruik wordt gemaakt van windturbines en waterstofgeneratoren. Een soortgelijk project startte in 2004 op Utsira, een klein Noors eiland.

Energieverliezen in de waterstofopslagcyclus komen van de elektrolyse van water, het vloeibaar maken of comprimeren van de waterstof en de omzetting in elektriciteit.

Om en nabij 50 kW-h (180 MJ) zonne-energie is nodig om een kilogram waterstof te produceren, dus de kosten van de elektriciteit zijn van cruciaal belang. Tegen $0,03/kWh, een gangbaar daluren-tarief voor hoogspanningslijnen in de Verenigde Staten, kost waterstof $1,50 per kilogram voor de elektriciteit, wat overeenkomt met $1,50/gallon voor benzine. Andere kosten omvatten de elektrolyse-installatie, waterstofcompressoren of vloeibaarmaking, opslag en vervoer.

Waterstof kan ook uit aluminium en water worden geproduceerd door de natuurlijk voorkomende aluminiumoxidelaag van aluminium te strippen en in water in te brengen. Deze methode is voordelig omdat gerecycleerde aluminiumblikken kunnen worden gebruikt om waterstof te produceren, nochtans zijn de systemen om deze optie aan te wenden niet commercieel ontwikkeld en zijn veel complexer dan elektrolyse systemen. Gangbare methoden om de oxidelaag te strippen omvatten bijtende katalysatoren zoals natriumhydroxide en legeringen met gallium, kwik en andere metalen.

Ondergrondse waterstofopslag is de praktijk van waterstofopslag in cavernes, zoutkoepels en uitgeputte olie- en gasvelden. Grote hoeveelheden gasvormige waterstof zijn door Imperial Chemical Industries jarenlang zonder problemen opgeslagen in cavernes. Het Europese Hyunder-project gaf in 2013 aan dat voor de opslag van wind- en zonne-energie met ondergrondse waterstof 85 cavernes nodig zouden zijn.

Powerpaste is een vloeibare gel op basis van magnesium en waterstof, die waterstof afgeeft wanneer hij met water reageert. Het is uitgevonden, gepatenteerd en wordt ontwikkeld door het Fraunhofer-instituut voor productietechnologie en geavanceerde materialen (IFAM) van de Fraunhofer-Gesellschaft. Powerpaste wordt gemaakt door magnesiumpoeder te combineren met waterstof om magnesiumhydride te vormen in een proces dat plaatsvindt bij 350 °C en vijf tot zes maal de atmosferische druk. Vervolgens worden een ester en een metaalzout toegevoegd om het eindproduct te maken. Fraunhofer verklaart dat zij een productie-installatie aan het bouwen zijn die in 2021 van start moet gaan en jaarlijks 4 ton Powerpaste zal produceren. Fraunhofer heeft hun uitvinding in de VS en de EU gepatenteerd. Fraunhofer beweert dat Powerpaste in staat is waterstofenergie op te slaan met een 10 maal hogere energiedichtheid dan een lithiumbatterij van vergelijkbare afmetingen en veilig en handig is voor automotive situaties.

MethaanEdit

Methaan is de eenvoudigste koolwaterstof met de molecuulformule CH4. Methaan is gemakkelijker op te slaan en te vervoeren dan waterstof. De infrastructuur voor opslag en verbranding (pijpleidingen, gasmeters, elektriciteitscentrales) is volwassen.

Synthetisch aardgas (syngas of SNG) kan worden gemaakt in een meerstapsproces, dat begint met waterstof en zuurstof. Waterstof wordt vervolgens in een Sabatier-proces met kooldioxide gereageerd, waarbij methaan en water worden geproduceerd. Methaan kan worden opgeslagen en later worden gebruikt om elektriciteit te produceren. Het resulterende water wordt gerecycleerd, waardoor er minder water nodig is. In de elektrolysefase wordt zuurstof opgeslagen voor de verbranding van methaan in een zuivere zuurstofomgeving in een nabijgelegen elektriciteitscentrale, waardoor stikstofoxiden worden geëlimineerd.

Methaanverbranding levert kooldioxide (CO2) en water op. Het kooldioxide kan worden gerecycleerd om het Sabatier-proces te stimuleren en het water kan worden gerecycleerd voor verdere elektrolyse. Bij methaanproductie, -opslag en -verbranding worden de reactieproducten gerecycleerd.

De CO2 heeft economische waarde als component van een energieopslagvector, niet als kostenpost zoals bij koolstofafvang en -opslag.

Power to liquidEdit

Power to liquid is vergelijkbaar met power to gas, behalve dat de waterstof wordt omgezet in vloeistoffen zoals methanol of ammoniak. Deze zijn gemakkelijker te hanteren dan gassen, en vereisen minder veiligheidsmaatregelen dan waterstof. Zij kunnen worden gebruikt voor vervoer, met inbegrip van vliegtuigen, maar ook voor industriële doeleinden of in de energiesector.

BiobrandstoffenEdit

Verschillende biobrandstoffen zoals biodiesel, plantaardige olie, alcoholbrandstoffen, of biomassa kunnen fossiele brandstoffen vervangen. Diverse chemische processen kunnen de koolstof en waterstof in steenkool, aardgas, plantaardige en dierlijke biomassa en organisch afval omzetten in korte koolwaterstoffen die geschikt zijn als vervangers van bestaande koolwaterstofbrandstoffen. Voorbeelden zijn Fischer-Tropsch-diesel, methanol, dimethylether en syngas. Deze dieselbron werd op grote schaal gebruikt in de Tweede Wereldoorlog in Duitsland, dat te kampen had met een beperkte toegang tot de aanvoer van ruwe olie. Zuid-Afrika produceert om soortgelijke redenen het grootste deel van zijn diesel uit steenkool. Een olieprijs op lange termijn van meer dan 35 USD per vat kan dergelijke grootschalige synthetische vloeibare brandstoffen economisch maken.

AluminiumEdit

Aluminium is door een aantal onderzoekers voorgesteld als een energieopslagplaats. Zijn elektrochemisch equivalent (8,04 Ah/cm3) is bijna vier keer groter dan dat van lithium (2,06 Ah/cm3). Energie kan uit aluminium worden gewonnen door het met water te laten reageren tot waterstof. Het moet echter eerst van zijn natuurlijke oxidelaag worden ontdaan, een proces dat verpulvering, chemische reacties met bijtende stoffen, of legeringen vereist. Het bijproduct van de reactie om waterstof te creëren is aluminiumoxide, dat met het Hall-Héroult-proces tot aluminium kan worden gerecycleerd, waardoor de reactie theoretisch hernieuwbaar is. Als het Hall-Héroult-proces met behulp van zonne- of windenergie wordt uitgevoerd, zou aluminium kunnen worden gebruikt om de geproduceerde energie op te slaan met een hogere efficiëntie dan bij directe zonne-elektrolyse.

Borium, silicium en zinkEdit

Borium, silicium en zink zijn voorgesteld als oplossingen voor energieopslag.

Andere chemischeEdit

De organische verbinding norbornadieen zet zich bij blootstelling aan licht om in quadricyclane, waarbij zonne-energie wordt opgeslagen als de energie van chemische bindingen. In Zweden is een werkend systeem ontwikkeld als moleculair zonnewarmtesysteem.

Elektrische methodenEdit

CondensatorEdit

Deze mylar-film, met olie gevulde condensator heeft een zeer lage inductantie en lage weerstand, om het hoge vermogen (70 megawatt) en de zeer hoge snelheid (1.2 microseconde) ontladingen te leveren die nodig zijn om een kleurstoflaser te laten werken.

Een condensator (oorspronkelijk bekend als “condensator”) is een passieve elektrische component met twee aansluitingen die wordt gebruikt om energie elektrostatisch op te slaan. Praktische condensatoren lopen sterk uiteen, maar bevatten allemaal ten minste twee elektrische geleiders (platen) die door een diëlektricum (d.w.z. isolator) van elkaar gescheiden zijn. Een condensator kan elektrische energie opslaan wanneer hij losgekoppeld is van het laadcircuit, zodat hij kan worden gebruikt als een tijdelijke batterij, of als andere types van herlaadbare energieopslagsystemen. Condensatoren worden algemeen gebruikt in elektronische apparaten om de stroomvoorziening in stand te houden terwijl de batterijen worden vervangen. (Dit voorkomt verlies van informatie in vluchtige geheugens.) Conventionele condensatoren leveren minder dan 360 joule per kilogram, terwijl een conventionele alkalinebatterij een dichtheid van 590 kJ/kg heeft.

Capacitoren slaan energie op in een elektrostatisch veld tussen hun platen. Gegeven een potentiaalverschil over de geleiders (b.v. wanneer een condensator over een batterij wordt bevestigd), ontwikkelt zich een elektrisch veld over het diëlektricum, waardoor zich positieve lading (+Q) verzamelt op één plaat en negatieve lading (-Q) verzamelt op de andere plaat. Als een batterij lang genoeg aan een condensator is bevestigd, kan er geen stroom door de condensator lopen. Indien echter een versnellende of wisselspanning over de draden van de condensator wordt aangelegd, kan een verleggingsstroom vloeien. Naast condensatorplaten kan lading ook worden opgeslagen in een diëlektrische laag.

Capaciteit is groter bij een nauwere scheiding tussen geleiders en wanneer de geleiders een groter oppervlak hebben. In de praktijk zendt het diëlektricum tussen de platen een kleine hoeveelheid lekstroom uit en heeft het een grenswaarde voor de elektrische veldsterkte, bekend als de doorslagspanning. Het effect van het herstel van een diëlektricum na een inzakking met hoge spanning houdt echter een belofte in voor een nieuwe generatie zelfherstellende condensatoren. De geleiders en leads introduceren ongewenste inductie en weerstand.

Onderzoek beoordeelt de kwantumeffecten van condensatoren op nanoschaal voor digitale kwantumbatterijen.

Supergeleidende magneticaEdit

Supergeleidende magnetische energieopslagsystemen (SMES) slaan energie op in een magnetisch veld dat wordt gecreëerd door de stroom van gelijkstroom in een supergeleidende spoel die is afgekoeld tot een temperatuur onder zijn supergeleidende kritieke temperatuur. Een typisch SMES-systeem bestaat uit een supergeleidende spoel, een stroomconditioneringssysteem en een koelkast. Zodra de supergeleidende spoel is opgeladen, vervalt de stroom niet en kan de magnetische energie voor onbepaalde tijd worden opgeslagen.

De opgeslagen energie kan aan het netwerk worden afgegeven door de spoel te ontladen. De bijbehorende omvormer/gelijkrichter zorgt voor ongeveer 2-3% energieverlies in beide richtingen. SMES verliest de minste hoeveelheid elektriciteit tijdens het energieopslagproces in vergelijking met andere methoden om energie op te slaan. SMES-systemen bieden een rondloopefficiëntie van meer dan 95%.

Omwille van de energievereisten van koeling en de kosten van supergeleidende draad, wordt SMES gebruikt voor kortstondige opslag zoals verbetering van de stroomkwaliteit. Het heeft ook toepassingen in netbalancering.