Rozwiązali problemy dotychczasowych baterii. Oto przełomowy akumulator
Akumulatory litowo-jonowe są powszechne. Zasilają niemal wszystko od smartfonów po samochody elektryczne. Pomimo tego, wcale nie są optymalne jeśli chodzi o magazynowanie energii. Na przykład, z czasem tracą swoją pojemność. Wymagają też rzadkich pierwiastków chemicznych do produkcji, co zwiększa koszty, a po wyrzuceniu sprawia, że konieczny jest recycling. Takie metale, często mogą być też wydobywane tylko w sposób szkodliwy dla środowiska. Co, gdyby powstał nowy rodzaj baterii, bez tych wad?
Wydaje się, że przełom jest tuż tuż, bowiem naukowcy z Politechniki Wiedeńskiej opracowali właśnie nowy rodzaj akumulatora - tlenowo-jonowy. Ma on kilka poważnych zalet. Jest wyjątkowo trwały, nie wymaga rzadkich metali do produkcji i nie wiąże się z nim żadne zagrożenie pożarowe, ponieważ jest wykonany z materiałów niepalnych. Oprócz tego, jego pojemność nie spada nieodwracalnie z czasem i można ją regenerować, dzięki czemu może mieć ona bardzo długą żywotność.
Jak mówi profesor Jürgen Fleig:
Podstawowa zasada działania jest w rzeczywistości bardzo podobna do baterii litowo-jonowej. Ale materiały, których użyliśmy, mają kilka ważnych zalet.
Ceramika w bateriach?
Jedną z nich jest zastosowanie odpowiednich materiałów ceramicznych, które da się wykorzystać w ogniwach paliwowych. Mogą one absorbować i uwalniać podwójnie ujemnie naładowane jony tlenu. To oznacza, że po przyłożeniu napięcia elektrycznego, jony tlenu migrują z jednego materiału ceramicznego do drugiego, generując w ten sposób prąd elektryczny. Dodatkowo mogą migrować z powrotem, co pozwala na regenerację baterii.
Jak zauważa Alexander Schmid z Instytutu Technologii Chemicznych i Analityki na Politechnice Wiedeńskiej:
Ceramika nie jest łatwopalna, więc wypadki pożarowe, które zdarzają się wielokrotnie w przypadku akumulatorów litowo-jonowych. Pod tym względem wykorzystanie materiałów ceramicznych jest wielką zaletą, ponieważ można je bardzo dobrze dostosować do zadań, jakie mają wykonywać. Od dłuższego czasu mamy duże doświadczenie z materiałami ceramicznymi, które mogą być stosowane w ogniwach. To nasunęło nam pomysł zbadania, czy takie materiały mogą być również odpowiednie do produkcji baterii.
Prototyp baterii nadal wykorzystuje lantan - pierwiastek, który co prawda nie jest rzadki, ale nie można o nim powiedzieć, że jest też całkowicie powszechny. Ale nawet lantan może zostać zastąpiony tańszym materiałem. Badania nad tym już trwają. Jednak to nie budowa, a żywotność nowego typu baterii może okazać się jej najważniejszą zaletą. W wielu rodzajach baterii dochodzi do zużycia polegającego na tym, że w pewnym momencie nośniki ładunku elektrycznego nie mogą się już poruszać. Bateria nadaje się wtedy do recyclingu.
Jest jednak jedno ale...
Jednak baterie tlenowo-jonowe mogą być regenerowane bez żadnych ograniczeń. Jeśli tlen zostanie utracony w wyniku reakcji ubocznych, można go bardzo łatwo uzupełnić z otaczającego nas powietrza. Pomimo tych zalet, istnieje też jednak poważny problem, którego naukowcy nie rozwiązali. Baterie tlenowo-jonowe osiągają jedynie około jednej trzeciej gęstości energii w porównaniu z ich litowo-jonowymi odpowiednikami i mogą działać w temperaturach od 200 do 400 stopni Celsjusza. To wyklucza ich zastosowanie w elektronice lub samochodach elektrycznych.
Mimo tego nawet jeśli na razie nasze smartfony będą musiały być zasilane przez dotychczasowy typ baterii, osiągnięcie wiedeńskich inżynierów jest bardzo obiecujące. Technologia, którą opracowali jest bowiem niezwykle obiecująca jeśli chodzi o magazynowanie energii. To może okazać się bardzo przydatne w produkcji prądu w elektrowniach wiatrowych lub słonecznych.
Akumulatory tlenowo-jonowe mogą stanowić doskonałe rozwiązanie dla wielkoskalowych systemów magazynowania energii, dokładnie takich jak te, wymagane do przechowywania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Nic dziwnego, że pierwszy wniosek patentowy dotyczący tego typu baterii został złożony, przy współpracy z partnerem naukowców w Hiszpanii. Jak wyjaśnia jeden z członków zespołu badawczego Alexander Schmid:
Jeśli budujesz cały budynek pełen modułów magazynowania energii, niższa gęstość energii i podwyższona temperatura pracy nie odgrywają decydującej roli. Ale mocne strony naszej baterii byłyby tam szczególnie ważne: długa żywotność, możliwość produkcji dużych ilości tych materiałów bez rzadkich pierwiastków oraz fakt, że w przypadku tych baterii nie ma zagrożenia pożarowego.
