Μπορεί να γίνει αποτελεσματική, φθηνή και εναλλακτική λύση σε σχέση με το λίθιο
Μια νέα προσπάθεια ερευνητών στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) που περιλαμβάνει ένα πορώδες οργανικό πολυμερές έχει παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής των μπαταριών ιόντων ψευδαργύρου.
Αντί για μερικές χιλιάδες κύκλους, οι μπαταρίες που χρησιμοποιούν αυτό το πολυμερές στην άνοδό τους μπορούν να διαρκέσουν αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες κύκλους, ανέφερε ένα πανεπιστημιακό δελτίο Τύπου.
Καθώς οι χώρες στοχεύουν να ενισχύσουν την παραγωγή καθαρής ενέργειας τα επόμενα χρόνια, οι σταθμοί ηλιακής και αιολικής ενέργειας τίθενται σε λειτουργία σε άνευ προηγουμένου κλίμακα.
Ωστόσο, η διαλείπουσα φύση των εγκαταστάσεων παραγωγής ενέργειας απαιτεί μια μεγάλης κλίμακας λύση αποθήκευσης ενέργειας για να είναι πραγματικά αποτελεσματικές.
Σημειώνεται ότι τα ευρήματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Advanced Energy Materials.
Θα αντικαταστήσουν το λίθιο
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι η καλύτερη λύση αποθήκευσης ενέργειας της ανθρωπότητας.
Ωστόσο, η ανάπτυξή τους σε κλίμακα για την πραγματοποίηση της ενεργειακής μετάβασης απαιτεί τεράστιες ποσότητες λιθίου, γεγονός που τα καθιστά ακριβά και μη βιώσιμα μακροπρόθεσμα.
Οι ερευνητές εργάζονται πάνω σε μια αποτελεσματική, φθηνή, αλλά επεκτάσιμη εναλλακτική λύση στο λίθιο στις μπαταρίες. Ο ψευδάργυρος μπορεί ενδεχομένως να εκπληρώσει αυτό το ρόλο.
Πλεονεκτήματα μπαταριών ιόντων ψευδαργύρου
Οι μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου (ZIB) λειτουργούν χρησιμοποιώντας τον ίδιο μηχανισμό με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το μέταλλο λειτουργεί ως άνοδος, ενώ ένα υλικό παρεμβολής ψευδάργυρου χρησιμεύει ως κάθοδος. Η μπαταρία έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και δεν είναι επιρρεπής σε πυρκαγιές όπως η αντίστοιχη ιόντων λιθίου.
Η αφθονία ψευδάργυρου στη φύση καθιστά τα ZIB οικονομικά και βιώσιμα, ενώ οι ικανότητές τους γρήγορης φόρτισης και εκφόρτισης τα καθιστούν ιδανικά και για εμπορική χρήση.
Οι μπαταρίες ψευδαργύρου έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τις μπαταρίες Li-ion. Ωστόσο, τα ζητήματα των «δενδριτών ψευδάργυρου» και οι ανεπιθύμητες παρενέργειες έχουν καθυστερήσει την υιοθέτησή τους σε ευρεία κλίμακα.
Η χρήση ενός πορώδους οργανικού πολυμερούς στην άνοδο του ZIB αντιμετωπίζει αυτά τα ζητήματα ενώ παράλληλα βελτιώνει τη διάρκεια ζωής του κατά πολλές τάξεις μεγέθους.
Η λειτουργία του νέου προϊόντος
Οι ερευνητές στο TUM ανέπτυξαν ένα κρυσταλλικό δισδιάστατο πορώδες φθοριωμένο ομοιοπολικό οργανικό πλαίσιο, που αναφέρεται ως (TpBD-2F) στην άνοδο ZIB το οποίο χρησιμεύει ως προστατευτικό στρώμα.
Το υλικό δημιουργεί μονοδιάστατα φθοριούχα νανοδιαύλους μέσω των οποίων τα ιόντα ψευδαργύρου μπορούν εύκολα να ρέουν, ενώ απωθούν τα μόρια του νερού.
Αυτό αποτρέπει το σχηματισμό δομών που μοιάζουν με βελόνες στην μπαταρία, που συνήθως αναφέρονται ως πυκνότητες ψευδαργύρου, ενώ σταματούν επίσης αντιδράσεις που πυροδοτούν την παραγωγή υδρογόνου.
Η προστατευτική μεμβράνη επέτρεψε επίσης τη σταθερή επίστρωση/απογύμνωση σε συμμετρικά κύτταρα για περισσότερες από 1200 ώρες στα 2 mA cm−2, ανέφεραν οι ερευνητές σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε νωρίτερα αυτόν τον μήνα.
Το ερευνητικό έγγραφο προσέθεσε ότι οι κυψέλες καυσίμου που συναρμολογήθηκαν χρησιμοποιώντας το προστατευτικό στρώμα επέδειξαν διάρκεια ζωής πάνω από 100.000 κύκλων με πυκνότητα ρεύματος 5Α ανά γραμμάριο.
«Αυτό είναι πραγματικά ένα θεαματικό ερευνητικό αποτέλεσμα.
Δείξαμε ότι η χημική προσέγγιση που αναπτύχθηκε όχι μόνο λειτουργεί, αλλά είναι και ελεγχόμενη. Ως θεμελιώδεις ερευνητές, μας ενδιαφέρουν πρωτίστως οι νέες επιστημονικές αρχές και εδώ ανακαλύψαμε μία.
Τώρα, εναπόκειται στους μηχανικούς να υιοθετήσουν την ιδέα και να αναπτύξουν τις κατάλληλες διαδικασίες παραγωγής», δήλωσε ο Roland Fischer (καθηγητής Ανόργανης και Μεταλλο-Οργανικής Χημείας στο TUM).
www.worldenergynews.gr
