Šance pro energetiku: 10leté baterie

S problémem nepříliš oslnivé výdrže dnes populárních a v běžných zařízeních nejpoužívanějších lithium-iontových baterií se setkal asi každý uživatel smartphonu či notebooku. Tyto baterie sice nabízejí poměrně výhodnou zásobu energie v relativně malém objemu, ale stinnou stránkou (kromě bezpečnosti) je jejich poměrně rychlé opotřebovávaní. Několikaleté nabíjení a vybíjení je i za optimálních podmínek maximum, které dokáže tento typ baterií vydržet, přičemž během toho dochází i k postupné degradaci jejich výkonových parametrů. Při každodenním nabíjení, u výkonných smartphonů nijak neobvyklém, často nepřežijí ani tisícovku kompletních cyklů nabití a vybití, jak konstatuje Michael Aziz, profesor oddělení materiálových a energetických technologií na Harvardu, který vedl projekt zkoumající aspekty technologie moderních baterií.
Naproti tomu nová baterie založená na konceptu tzv. flow battery, kapalinové baterie, vyvinutá harvardskými výzkumníky z School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ztrácí i po tisícinásobném opakovaném nabití pouze 1% své kapacity. Její princip vychází z konceptu baterie, jejímž základem jsou obvykle dvě chemické složky rozpuštěné v kapalinách, pumpovaných do bateriového systému. Tyto baterie uchovávají svou energii v kapalných roztocích v externích nádržích - čím větších tím lépe.

Klíčem je ferrocen
Stěžejní inovací je v tomto případě použití složeného ferrocenu, složky objevené náhodně v roce 1951, známé pro své elektrochemické vlastnosti a používané jako stabilizačního prvku pro benzín. Díky těmto vlastnostem je ferrocen skvělým řešením pro ukládání elektrického náboje. Protože je ale zcela nerozpustný ve vodě, byl používán v kombinaci s organickými rozpouštědly, která jsou ovšem hořlavá a drahá. Bylo nutné najít trik, jak přimět nerozpustné molekuly, aby fungovaly jako ty vysoce rozpustné. Tím, že se vědcům podařilo přeměnit původně nerozpustné molekuly na vysoce rozpustné a stabilní, dosáhli skutečný technologický průlom. Vodou rozpustné ferroceny představují celou novou třídu molekul pro průtokové baterie.
Neutrální pH roztoku má velký význam zejména při snižování nákladů na iontově selektivní membrány oddělující dvě strany baterie. Většina tekutých baterií dnes používá drahé polymery, schopné odolat agresivní chemii uvnitř baterie, které ale mohou tvořit až třetinu celkových nákladů na zařízení. S kapalinami obsahujícími neagresivní vodní soli mohou být drahé polymery nahrazeny levnými uhlovodíky. „Protože jsme byli schopni rozpustit elektrolyty v neutrální vodě, jde o dlouhodobé baterie, které je možné uložit třeba do sklepa. Pokud by se obsah nádrže rozlil na podlahu, nevyleptá ji, protože médium je nekorozivní. Tím by bylo možné použít levnější materiály k výrobě nádrží a čerpadel, které jsou součástí baterií," říká Roy Gordon, který studii vedl s Michaelem Azízem.

Otevřou nové baterie cestu OZE?
I když podle výzkumníků právě tento typ baterií nebude zřejmě ideálním řešením pro napájení elektroniky apod., přinejmenším v dohledné době, mohou mít velký význam v oblasti skladování energie vyráběné pomocí obnovitelných zdrojů, zejména větrných a solárních elektráren. Protože náklady na energie z obnovitelných zdrojů celosvětově klesají, problémem zůstává její skladování a uchovávání. Baterie schopné pojmout obrovské množství skladované energie, které by měly jen minimální nároky na údržbu a umožnily její snadné čerpání, by mohly znamenat výrazný pokrok v rozvoji moderní energetiky. Pomohly by totiž vyřešit současné potíže s nevyrovnaností výroby sluneční a větrné energie, danou tím, že tyto zdroje negenerují energii, když nefouká vítr nebo slunce nesvítí. Takže někdy produkují příliš málo energie, jindy zase příliš mnoho.
/joe/

Publikováno: 25. 5. 2017 | Počet zobrazení: 1936 385