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Akkus, Brennstoffzellen und Redox Flow Zellen - elektrochemische Energiespeicher

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2019/11/19 Why the electric-car revolution may take a lot longer than expected

Zitat

A new report from the MIT Energy Initiative warns that EVs may never reach the same sticker price so long as they rely on lithium-ion batteries

..

The findings sharply contradict those of other research groups, which have concluded that electric vehicles could achieve price parity with gas-powered ones in the next five years.

..

The problem is that the steady decline in the cost of lithium-ion batteries, which power electric vehicles and account for about a third of their total cost, is likely to slow in the next few years as they approach limits set by the cost of raw materials.

..

Deeper cost declines beyond 2030 are likely to require shifts from the dominant lithium-ion chemistry today to entirely different technologies, like lithium-metal, solid-state and lithium-sulfur batteries.

 

original Meldung vom MIT:

2019/11/19 MIT Energy Initiative report charts pathways for sustainable personal transportation

2019/11/Insights-into-Future-Mobility-Executive-Summary.pdf, (24 Seiten)

Full  Report: 2019/11/Insights-into-Future-Mobility.pdf, (220 Seiten)

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2019/11/21 Konzept für Offshore-Wasserstoff-Produktion

Zitat

Anlage bis zu 400 MW und könnte kurzfristig z.B. in der Nordsee realisiert werden

2019/10/31 Denmark Horns Rev 1, 2, 3: three generations of turbine output analysed

 

offshore-wind-outlook-2019-world-energy-outlook-special-report (pdf nach kostenloser Anmeldung)

Zitat

offshore wind on track to become the European Union’s largest source of electricity in the 2040s.

.. Rising demand for low-carbon hydrogen could also dramatically increase the market potential for offshore wind.

.. The future of offshore wind looks bright but hinges on the right policies

 

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Der Akku von Toyota

2019/11/24 Solid-state batteries show promise

Zitat

It was further evidence that Toyota is on track to keep a promise it made in 2017 to have solid-state batteries on the road by the mid-2020s .. Toyota will debut at the Tokyo Olympics .. expects solid-state batteries to begin mass production around 2025.

 

Einige wenige nachträgliche Infos/Spekulationen zum angekündigten Akku von Nikola (40% mehr Kapazität, halbe Kosten wie 2170 Zellen)
2019/11/24 Nikola Motor’s Bombshell Battery Claim Irks Experts, Who Think Its Secret May Lie In Sulfur

Zitat

(Nikola Motor CEO:) .. those gains come from eliminating costly metals such as nickel, cobalt and magnesium, use of a “free-standing electrode” and a “whole different type of chemical, with a lithium component.” 

.. The new cell was developed by a specific university lab Nikola was involved with from an early stage and “locked up all the IP,”

.. public demonstrations won’t happen until the second half of 2020

..

(consulting firm:) .. It’s very fishy ..  “I would assume they’re looking at sulfur in the cathode and lithium metal in the anode. Untold hundreds of university and industry labs are working on that. .. if you can make it work, it would have a significant improvement on current lithium-ion, but nowhere near what they are claiming.

..

(professor of chemistry:) .. using sulfur in the cathode could be an option, “but lithium-sulfur chemistry is not mature. It’s evolving, so there are numerous issues that aren’t solved. .. “Elimination of binders could potentially improve performance as they are insulating materials,” ..“It’s not completely unthinkable what they’re saying, and if I knew the specifics of it we can argue whether it’s a viable thing for an electric vehicle or not,”

 

Dazu ein Übersichtspaper

Key Issues Hindering a Practical Lithium-Metal Anode

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Neben Methan, Methanol und Ammoniak ist Harnstoff ein weiterer Wasserstoffträger und möglicher Energiespeicher.

Genauso wie man Methan mit CO2  in Methanol umwandeln  und leichter transportierbar machen kann, kann  man auch Ammoniak mit CO2 in Harnstoff umwandeln (2NH3 + CO2  -> H2N-CO-NH2 + H2O).

Harnstoff ist ein ungiftiger, farb- und geruchloser Feststoff. AdBlue ist die 32%ige Lösung in Wasser. Weltweit  werden große Mengen Harnstoff produziert  und als  Dünger verwendet.

Wie Methanol kann auch Harnstoff direkt in Brennstoffzellen verwendet werden.

 

Urea based fuel cells and electrocatalysts for urea oxidation, Xu 2016 pdf

Zitat

Urea is a new member of hydrogen-storage materials for low-temperature fuel cells. It avoids issues of toxicity and safety compared to ammonia and hydrazine. The main limitation of urea fuel cells is the relative low power density due to the sluggish anodereaction. Rapid advances in nano-catalysts for urea electrooxidation have been achieved in order to lower overpotential and improve activity.

 

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Die Solid oxide fuel cell (SOFC) wurde inzwischen von der Protonic ceramic fuel cell (PCFC) überholt. PCFC arbeitet bidirektional bei 300..600°C (Quelle). Wie SOFC können sie ohne Reformer mit Wasserstoffträgern (z.B. Methan) betrieben werden.  Der Rekord im Elektrolysebetrieb liegt  bei 98% Wirkungsgrad, Round-trip (zurück in Strom) wurden 75% Wirkungsgrad erreicht.

2019/03 Highly efficient reversible protonic ceramic electrochemical cells for power generation and fuel production

Zitat

Even higher efficiencies are obtained for H2O electrolysis with co-fed CO2 to produce CO and CH4. We demonstrate a repeatable round-trip (electricity-to-hydrogen-to-electricity) efficiency of >75% and stable operation, with a degradation rate of <30 mV over 1,000 h.

2019/03 New fuel cell could help fix the renewable energy storage problem
 

Das Abtrennen des CO2 aus  dem Abgas kostet etwa 10% Wirkungsgrad.

Die Grenzen des z.Z. mit Erdgas/Biogas und Brennstoffzellen Machbaren: 64,7%/57% el. Wirkungsgrad incl 99% CO2 Abtrennung/Verflüssigung. Der Brennstoffzellenwirkungsgrad  beträgt maximal 80%.
2019/11/27 Proposal of ultra-high-efficiency zero-emission power generation systems

Zitat

Highlights

• Liquid–CO2–capture efficient SOFC power generation systems are proposed.

• Natural gas fueled system is expected 64.7%LHV efficiency with LCO2 capture for CCUS.

• Biogas fueled system is expected 57%LHV efficiency with CO2 capture for bio-CCUS.

1-s2.0-S0378775319314521-gr8.jpg

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“You cannot do it without hydrogen” sagt man beim dänischen Energiekonzern Orsted (früher DONG)

Sie wollen mit ihren Offshore Windfarmen Wasserstoff erzeugen.

Die Kosten für grünen Wasserstoff betragen z.Z. $2.50 bis $6.80 pro kg. Die gleiche Energie aus Kohle kostet 2$, aus dem billigsten Erdgas 0,60$.

2019/12/06 A $39 Billion Wind Company Bets Hydrogen Is Key to Climate Goals

800x-1.png

 

2018/10 Power-to-Gas-Linking-Electricity-and-Gas-in-a-Decarbonising-World-Insight-39.pdf

Seite 5: "there is a wide range of alternatives and not yet any consensus regarding how the hydrogen produced from P2G can best be deployed in a decarbonising energy system"

 

NEL bezeichnet sich im Q3Report als "the world’s largest electrolyser manufacturer"

Bisher wurden 3500 Electrolyser verkauft (PEM und alkalisch). Der größte Stack hat 2,2 MW. Sie wollen eine neue Fabrik für jährlich 360 MW  bauen. Insgesamt will NEL jährlich 1 GW Produktionskapazität erreichen. 

Electrolysers-Brochure-Rev-C.pdf

 

In China wurde ein Werk zur Produktion von jählich 350 MW Electrolyzer eingeweiht (JV mit John Cockerill)

2019/12/05 cockerill-jingli-hydrogen-inaugurates-new-electrolyser-production-centre-in-china/

 

Bei Voestalpine in Linz/Österreich geht ein Electrolyser mit  6 MW in Betrieb  (Siemens Silyzer 300, max. 17.5 MW mit 24 PEM Modulen)

2019/11/19 worlds-largest-green-hydrogen-pilot-begins-operation-in-austria

 

ITM Power (GB00B0130H42), Ørsted (DK0060094928, Windparkbetreiber s.o.) and Element Energy (Consultant) wollen einen  5MW  PEM Stack entwickeln und 1 GW/Jahr Produktion aufbauen  (developed for 50, 100, 500MW plants). Bisher hat ITM 2MW Stacks (vertikal statt wie üblich horizontal).

2019/09/02 partners-aim-to-build-production-capacity-for-1gw-year-of-pem-electrolysis-systems/

AGM_Presentation_October_2019_web.pdf (22.Okt £38m investment from Linde)

Der Kurs ist dieses Jahr von 20 auf  62 GBp gestiegen (stärker als NEL).

 

AFC Energy (GB00B18S7B29) ist ein weiterer Player mit kleineren alkalischen 10kW Brennstoffzellen/Electrolysern und 20 MW/Jahr Produktionskapazität.

AFC Energy-Aktie: So stark, wie lange nicht mehr!

AGM-Presentation-2019.pdf

 

Ceres Power (GB00BG5KQW09) mit 5kW SOFC Stack ist auch stark gestiegen

cmd_final_highres.pdf

Einen eigenen Thread hat  powercell-sweden-ab, nel-asa und ballard-power-systems

 

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Wegen der höheren Reinheit wird zunehmend synthetischer Graphit für Akkus verwendet.

2030 sollen 70% Graphits für Akkus synthetisch aus Erdöl hergestellt werden.

Größtes Lieferland ist USA. Die größten Hersteller sind Phillips66 und GrafTech.

2019/11/25 Supply Chain Looms as Serious Threat to Batteries’ Green Reputation

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Holgerli
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vor 6 Stunden von reko:

Wegen der höheren Reinheit wird zunehmend synthetischer Graphit für Akkus verwendet.

2030 sollen 70% Graphits für Akkus synthetisch aus Erdöl hergestellt werden.

Größtes Lieferland ist USA. Die größten Hersteller sind Phillips66 und GrafTech.

2019/11/25 Supply Chain Looms as Serious Threat to Batteries’ Green Reputation

Klasse Link, bestätigt er doch meine Vorhersage des massiven Wachstums im Akku-Segment in den nächsten 10 Jahren und darüber hinaus.

Läuft. :D

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2019/11/07 BASF und NGK entwickeln gemeinsam die nächste Generation von Natrium-Schwefel-Batterien

Zitat

Zusätzlich zu ihrer im Juni 2019 bekannt gegebenen Vertriebspartnerschaft für NAS® Batterien haben die beiden Unternehmen nun eine Vereinbarung zur gemeinsamen Entwicklung der nächsten Generation von Natrium-Schwefel-Batterien geschlossen.


über NGK = Nichiyu Giken Kogyo, JP3695200000A century of surprising ceramics

ngk-insulators.com .. pre_FY2019_half_en.pdf

50% Umsatz mit Abgas-Katalysatoren,  NAS Akkus sind 3 von 450 Mrd.¥ Umsatz.

"NAS .. Delay in rising demand due to changes in market environments both domestically and overseas"

 

BASF ist in der Herstellung von Katalysatoren u.a. für Abgas und Akkus aktiv (catalysts.basf.com, BASF-Catalysts.pdf). In USA und Japan BASF-TODA-Battery-Materials (66% BASF, 34% TODA Kogyo).

7,5 Mrd € Catalysts Umsatz = 12% von 62,7 Mrd € Umsatz 2018.

"BASF is positioned to take a leadership role in developing next-generation battery material solutions, such as high-energy lithium-metal anodes, like Licerion®." (sionpower.com,  BASF Beteiligung 2012)

 

Licerion Prototyp (450 Zyklen, Pass UN 38.3 Certification safety and abuse tests)

Lithium Metall Anode mit keramischer Barriere für diverse Kathoden geeignet.

Dimensions: 80 x 91 x 10 mm (20 Ah)

Material: Proprietary ultra-thin lithium metal anode, Nickel-rich cathode

Weight: 158 g for 20 Ahr cell

Energy: 500 Wh/kg and 1000 Wh/L

Typical Charge Current: 10 A (C/2 Rate)

Maximum Continuous Discharge: 40 A (2C Rate)

Pulse Discharge Rate:  Up to 100 A (5C Rate)

 

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reko
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Frankreich ist bei  H2 recht aktiv. In Europa gibt es 4 Leading Regions (hydrogen-valleys) 2 davon in Frankreich.

The H2 strategy of Auvergne-Rhône-Alpes Region, Mathilde Cadic ARA-FR.pdf

2019/12/19 World's first hydrogen bus fleet rolls out in France

 

Das  Joint Venture Symbio will bis 2030 mit 1,5 Mrd€ Umsatz 25% Weltmarktanteil erreichen. Dazu sollen 140 Mio € investiert werden.

2019/12/21 How Michelin and Faurecia Aim to Create a World Leader in the Fuel Cell Industry

 

Symbio presents H2Motiv L, 2018/09, pdf

eingesetzt  z.B. im  Renault Kangoo ZE REH2

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magicw
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Eine amerikanische Menschenrechts-Organisation verklagt nun Alphabet, Apple, Dell, Tesla, Microsoft weil sie überdurchschnittlich von der Ausbeutung von Kinderarbeit bei Kobalt-Abbau im Kongo profitieren - die Lieferanten des Rohstoffs selbst werden nicht angeklagt.

 

Zitat

Google-parent Alphabet, Apple, Dell, Microsoft, and Tesla have been accused of "knowingly benefiting from and aiding and abetting the cruel and brutal use of young children in Democratic Republic of Congo (DRC) to mine cobalt," a key component of the lithium-ion batteries that these companies obtain from suppliers like Glencore, Umicore, and Huayou Cobalt to power their products.

https://www.theregister.co.uk/2019/12/16/alphabet_apple_dell_microsoft_tesla/

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Dandy
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vor 35 Minuten von magicw:

Eine amerikanische Menschenrechts-Organisation verklagt nun Alphabet, Apple, Dell, Tesla, Microsoft weil sie überdurchschnittlich von der Ausbeutung von Kinderarbeit bei Kobalt-Abbau im Kongo profitieren

Das wäre in etwa so als würde man die lokale Änderungsschneiderei verklagen, weil doch für viele Stoffe Kinderarbeit eingesetzt wird.

 

Leider ist es so, dass das so gewonnene Kobalt aus illegalem Abbau in der Nähe offizieller Minen geschieht. Kinder werden in die baufälligen Gruben geschickt, weil sie da reinpassen. Für die armen Familie  dort oft eine wichtige Einnahmequelle. Wenn überhaupt, dann müsste man die Händler verklagen, die illegales Kobalt ankaufen, aber selbst das greife wohl zu kurz. Nicht jedes Problem einer Gesellschaft lässt sich von außen lösen. Die Menschen im Kongo haben auch eine Eigenverantwortung. Als Staat und Gesellschaft. Die vielen Kriege dort, importiert auch aus Ruanda, haben sicherlich dazu geführt, dass ein Menschenleben dort nicht den gleichen Stellenwert hat, wie bei uns. Die Not gibt dann den Rest. Nicht an allem ist der Westen schuld. Es gibt auch noch sowas wie Eigenverantwortung.

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Cef
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Podcast zur Situation in Bolivien:

Lithium

 

(Oder auf Apple Podcasts: Lithium)

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die Investorengruppe "Breakthrough Energy Ventures" mit Bill Gates, Jeff Bezos, Michael Bloomberg, Richard Branson, Jack Ma investiert 30M$ in ESS Inc. mit  einer Eisen Flow Battery. Die BASF ist auch beteiligt.

Die benötigten Rohstoffe sind weit verbreitet und billig. Als Lebensdauer wird >20000 Zyklen und 20+ Jahre  angegeben.

2019/12/10 Gates, Bezos bet on flow battery technology, a potential rival to big bets on lithium-ion

ESS_Technology_redox_graphic_02-26.png

ESS Datasheet 100kW/400kWh Energy Warehouse, pdf

Roundtrip Efficiency: 75%

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Aus roland_berger_e_mobility_index_2019.pdf

Zitat

Under current business models, BEVs are not as profitable as conventional, internal-combustion engine (ICE) vehicles as customers are unwilling to pay a price premium for them.

..  To overcome the profitability gap between BEV and ICE vehicles, OEMs need new business models.

2023 werden 73% aller LiIon-Akkus in China produziert.  70% der Kosten sind Materialkosten, überwiegend  Kathodenmaterial.

NMC811 Cost 2020.PNG

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In  Dänemark und Niederlande werden Wind- und Solar-anlagen mit Electrolyzern gebaut.

2019/12/20 denmark-bets-on-green-hydrogen

2019/12/20 Ørsted and partners secure funding for renewable hydrogen project (2x3.6MW Wind, 600kg H2/Tag)

orsted.co.uk/energy-solutions/Renewable-hydrogen

2019/12/13 Hydrogen Filling Station Den Helder Region for road and maritime (ENGIE 2.6MW Solar,  400kg H2/Tag)

hy-gro.net/en/duwaal (4.8 MW Wind) Hygro baut den Electrolyzer direkt in den Mast des Windrads.

 

Flexible production of green hydrogen and ammonia from variable solar and wind energy: Case study of Chile and Argentina, ijhydene 2019/12  (free Download)

Zitat

•  World-class solar and wind in Chile and Argentina allow for competitive green H2 and NH3 production

•  Combining wind and solar can reduce costs especially for NH3 production.

•  Renewable power variability is a major cost driver for NH3 synthesis.

•  Flexibiliy in NH3 synthesis is key to manage the variability.

.. near-term production costs for green hydrogen, around 2 USD/kg, and green ammonia, below 500 USD/t,

 

Wie erwartet wird der Wasserstoff Offgrid erzeugt, wenn die die Netzstabilisierung nicht vergütet und Überstrom nicht kostengünstig abgegeben wird.

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2010/01/11 Price war wipes out half of China's EV battery makers

Zitat

The industry has been realigning since the beginning of last year, with smaller players gradually being edged out. This comes against a backdrop of heavy borrowing throughout the auto industry supply chain as EV sales stall and suppliers suffer delays in collecting on deliveries. To add to the sector's woes, automakers have been starting their own in-house battery production. Moreover, leading Japanese and South Korean battery makers -- which have a cost and technological edge -- have rushed to enter the Chinese market.

 

2020/01/09 Charged up: Gegadyne's carbon-powered batteries can break China's monopoly on electric vehicles

Zitat

65% of lithium reserves are in Bolivia and Chile, and most of the mines in these countries are owned by China. China has a near monopoly on lithium ion batteries

..

"An EV policy for India must be tailor-made to India's particular needs," .. The national policymaking body also forecasts that the country can create a $300 billion domestic market for EV batteries by 2030 and it requires a minimum of 10 GWh of cells by 2022, which would need to be expanded to about 50 GWh by 2025. However, for that to happen, it is imperative the country finds alternate to lithium ion batteries.

..

Gegadyne batteries are free from lithium and cobalt electrodes, hence the cost to manufacture these batteries are 1.3X cheaper than lithium ion batteries. On the other hand the range of the batteries is similar to lithium ion .. pilot production of the battery by early 2020

2019/07 Gegadyne Energy recognized ‘Energy Startup of the Year 2019’

2019/02 Gegadyne Energy develops next generation batteries

gegadyne.com, der CEO: "high energy hybrid supercapacitor", wenig konkretes, ich glaub noch nicht dran

 

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2020/01/10 Fuel cell market breaks 1 GW global capacity barrier

Zitat

approximately 1.1 GW of fuel cell capacity was shipped worldwide – a rise of 40 per cent on 2018.

.. led by Japan’s Toyota and South Korea’s Hyundai. Between them, the two companies account for two thirds of 2019’s shipped fuel cell capacity.

.. Asia remains the largest market for fuel cells, accounting for 680 MW, driven strongly by Hyundai NEXO sales into Korea and by Korean stationary power.

.. the biggest market outside of Asia is North America, which saw shipped capacity of 384 MW – down slightly from 425 MW in 2018, but expected to rebound in 2020.

 

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Lithium Schwefel Akku (von @Systemrelevant im Teslathread erwähnt)

 

Pressemitteilung

2020/01/04 Supercharging tomorrow: Australia first to test new lithium batteries

Zitat

Monash University researchers are on the brink of commercialising the world’s most efficient lithium-sulphur (Li-S) battery

Publikation

Expansion-tolerant architectures for stable cycling of ultrahigh-loading sulfur cathodes in lithium-sulfur batteries, Science Advances, 03 Jan 2020:

 

Vorteil: 4 fache Speicherdichte wie LiIon, high-capacity sulfur cathode (1670 mA·hour g−1), Coulombic efficiency above 99%., verbreitete Rohstoffe.

Nachteil: z.Z. 200 Zyklen.

 

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ITM Power hat ein JV mit Linde und nimmt 1GW/Jahr PEM Electrolyzer Fertigung in Betrieb

2020/01/16 “World’s largest” renewable hydrogen factory starts fit out

"ITM Power’s new 1GW factory in Sheffield, UK .. reach a capacity of 1GW within three years."

Brennstoffzellenaktien explodieren, auch Tesla und BYD steigen.

Tesla vs Ballard vs Ceres vs PowerCell vs ITM

 

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Bosch hat seinen Anteil an Ceres von 3,9% auf 18% erhöht. Der Cereskurs hat sich in 2 Monaten verdoppelt.

2020/01/23 Bosch boosts stake in SOFC expert Ceres Power to around 18%; possible expansion into SO electrolysis

2020/01/22 Bosch press release

 

LBNL und Nissan haben die SOFC mit Metallträger von Ceres mit Ethanol geprüft. Die Ergebnisse sind "vielversprechend". Die Lebensdauer ist gut. Wie zu erwarten ist die Spannung und Leistungsdichte  etwas geringer als mit Wasserstoff. "The performance difference between hydrogen and fully-reformed ethanol is attributed entirely to decrease in hydrogen concentration.". 2016 wurde in Brasilien noch eine Nullserie der Nissan e-Bio Fuel cell mit SOFC und externen Reformer ausgeliefert.

2020/01/27 LBNL, Nissan researchers explore ethanol internal reforming in SOFCs for vehicle applications

Paper Ethanol internal reforming in solid oxide fuel cells: A path toward high performance metal-supported cells for vehicular applications, Dogdibegovic 2020

Zitat

Highlights

• Ethanol internal reforming is demonstrated with metal-supported SOFCs.

• Hydrogen concentration and internal reforming effects were evaluated.

• Multiple reforming catalysts were tested.

• Electrochemical operation with ethanol fuel shows promising durability.

1-s2.0-S0378775319315915-fx1_lrg.jpg

2020/01/20 Path to hydrogencompetitiveness A cost perspective, Hydrogen Council, 88 Seiten pdf

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Die New York Power Authority (NYPA) baut eine Demoanlage mit 100 kW/1 MWh Zink-Luft Akkus von Zinc8. Bis 2030 will NY 3GW Stromspeicher haben.

2020/01/27 NYPA turns to zinc-air storage amid lithium-ion safety concerns

Zitat

NYPA selected the zinc air project from 60 applicants who participated in its innovation challenge, launched last May.

Der Akku (Regenerative Fuel Cell genannt) arbeitet wie eine Flow Battery mit Speichertank. Laden und Entladen erfolgt in unterschiedlichen Zellen.

ZincNyx wurde von MGX Minerals übernommen, als MGX Renewables abgespalten und in Zinc8 umbenannt.

Ticker MGXR.CN, Market Cap 12 M CAD, Seit 2002 sind 72M CAD in die Firma geflossen.

2020-01-21 Zinc8 Energy Solutions Announces $3,000,000 Private Placement

Videointerview mit CEO: Zinc8 Energy Solutions signs deal with New York Power Authority,

Kommerzialisierung in 3 Jahren, kostengünstiger als LiIon, NaS ab 8h Speicherzeit

 

Zinc–air batteries: are they ready for prime time?, Chem. Sci.,2019,10

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