Rywal dla baterii litowo-jonowych

Rywal dla baterii litowo-jonowych

Efektem prac zespołu badaczy z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) jest nowa bateria przepływowa, która magazynuje prawie dwukrotnie większą ilość energii niż cele tego samego rozmiaru w nowoczesnych akumulatorach litowo-jonowych. Jeśli urządzenie wejdzie do masowej produkcji, może znaleźć zastosowanie w stacjach ładowania pojazdów elektrycznych oraz w przechowywaniu energii pochodzącej z odnawialnych źródeł.

Akumulator przepływowy utworzony zostaje przez dwa naładowane przeciwsobnie płyny (elektrolity), które zamieniają energię chemiczną w energię elektryczną poprzez wymianę jonów między dzielącymi je membranami. Elektrolity są przechowywane w dwóch zewnętrznych zbiornikach, a to sprawia, że system jest łatwy w skalowaniu, pozwala na potencjalnie bardzo szybkie ładowanie (elektrolity można po prostu wymienić) i jest odporny na ekstremalne temperatury. Te właściwości inspirują producentów nowoczesnych samochodów elektrycznych, jednak zanim baterie przepływowe wejdą do produkcji musi zwiększyć się ich wydajność. Obecnie znane akumulatory bowiem magazynują zaledwie 1/3 energii, którą w tej samej objętości mieszczą baterie litowo-jonowe.

Z tego powodu akumulatory przepływowe aplikowane są głównie w zastosowaniach, w których zajmowana przez nie przestrzeń nie odgrywa znaczącej roli, na przykład jako magazyny energii z OZE. Mimo to, baterie o dużej gęstości energetycznej mogą okazać się bardzo przydatne nawet w takich sytuacjach, poprawiając niezawodność sieci energetycznej w ciasnym otoczeniu miejskim, a nawet stając się konkurencją dla zapowiadanych przez Teslę baterii litowo-jonowych przeznaczonych do użytku domowego.

Naukowcy z PNNL pod kierownictwem Wei Wanga opracowali wysokiej wydajności prototyp akumulatora cynkowo-polijodkowego o gęstości energetycznej na poziomie 167 Wh/l. Co ciekawe, dzięki optymalizacji może ona wzrosnąć nawet do 322 Wh/l. Jest to znaczący krok do przodu w porównaniu ze zdetronizowaną baterią cynkowo-bromową o gęstości 70 Wh/l. Tym samym po 40 latach od wynalezienia, bateria przepływowa po raz pierwszy nawiązała bezpośrednią walkę z jej odwiecznym rywalem – akumulatorem litowo-jonowym, który osiąga obecnie gęstości do 233 Wh/l.

Poza tym, że bateria jest w stanie przechowywać więcej energii w mniejszej przestrzeni, jest ona bezpieczniejsza od innych konstrukcji przepływowych dzięki pozbyciu się kwasowych elektrolitów, wysokiemu stopniowi niepalności oraz możliwości stosowania w szerokim zakresie temperatur. Pozwala to wyrugować potrzebę zewnętrznego chłodzenia akumulatora.

Zanim bateria znajdzie drogę do produkcji masowej, naukowcy muszą rozwiązać problem tworzenia się wytrąceń cynku na ujemnej elektrodzie akumulatora. Przenikając przez membranę, zmniejszają one znacznie jej wydajność. Wei wraz z zespołem chce rozwiązać ten problem poprzez dodanie do elektrolitu alkoholu. Obecnie skupia się natomiast na kolejnych próbach skalowania technologii.

Praca naukowców została obszernie opisana w czasopiśmie Nature Communications.

(rr)