Atrasta unikali druska – baterijų veikimą prailgins net 10 kartų

Baterijų technologijos yra kertinės atsinaujinančios energetikos ir elektromobilių ateičiai – jų pažanga gali turėti įtakos ir energijos sprendimams Lietuvoje. Saudo Arabijos Karaliaus Abdullah universiteto (KAUST) mokslininkai atskleidė svarbią priežastį, kodėl vandens pagrindu veikiančios įkraunamos baterijos iki šiol negalėjo tapti saugia ir ekonomiška tvarios energijos kaupimo alternatyva. Jų tyrimas parodė, kaip vanduo mažina baterijų tarnavimo laiką ir efektyvumą, o paprastos, prieinamos druskos, tokios kaip cinko sulfatas, gali išspręsti šią problemą. Negana to, jos net dešimteriopai gali prailginti baterijos gyvavimo trukmę.

Menkai nagrinėta vandens struktūros svarba

Viena svarbiausių baterijos tarnavimo laiko sąlygų – tiek vandens pagrindu veikiančių, tiek kitų tipų – yra anodo būklė. 

Cheminės reakcijos anode generuoja ir kaupia energiją, tačiau parazitinės reakcijos jį gadina, trumpindamos baterijos gyvenimo trukmę. 

Naujas KAUST tyrimas parodo, kaip laisvas vanduo skatina šias nepageidaujamas reakcijas, o cinko sulfatas efektyviai mažina laisvo vandens kiekį baterijoje. 

Tyrimui vadovavęs KAUST profesorius, Centro atsinaujinančios energetikos ir energijos kaupimo technologijų vadovas Husamas Alshareefas pabrėžia, kad jų išvados atskleidžia iki šiol menkai nagrinėtą vandens struktūros svarbą baterijų chemijoje.

Vandens baterijos – saugi ir tvari ateities energijos alternatyva

Laisvas vanduo yra vandens molekulės, kurios nėra tvirtai susijusios su kitomis molekulėmis. Tokia būsena leidžia joms aktyviau sąveikauti su aplinka, sukeliant nepageidaujamas reakcijas, kurios eikvoja energiją ir pažeidžia anodą. 

Sulfatas, veikiantis kaip „vandens klijai“, stabilizuoja šias molekules. Jis keičia jų dinamiką ir taip sumažina parazitinių arba nepageidaujamų reakcijų skaičių.

Dauguma KAUST eksperimentų buvo atlikti su cinko sulfato baterijomis. Tačiau anksčiau atlikti tyrimai taip pat patvirtina, kad sulfatas panašiai veikia ir kitų metalinių anodų baterijas. 

Tai leidžia manyti, kad sulfato druskų įtraukimas į baterijų dizainą galėtų būti universali priemonė, prailginti visų vandens pagrindo baterijų tarnavimo laiką.

KAUST mokslininkas Yunpei Zhu, kuris atliko daugumą eksperimentų tyrimo metu, teigė, kad sulfato druskos yra nebrangios ir plačiai prieinamos. Jo teigimu, jos taip pat yra cheminiu požiūriu stabilios. Tai reiškia, kad KAUST siūlomas sprendimas yra tiek moksliniu, tiek ekonominiu aspektu perspektyvus.

Vandens pagrindo baterijos sulaukia vis didesnio pasaulinio susidomėjimo kaip tvari didelio masto energijos kaupimo alternatyva. 

Prognozuojama, kad iki 2030 metų jų rinkos vertė viršys 10 mlrd. JAV dolerių. 

Skirtingai nuo ličio baterijų, kurios dažniausiai naudojamos elektriniuose automobiliuose, vandens pagrindo baterijos yra saugesnės ir tvaresnės, leidžiančios efektyviau integruoti atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip saulės energija, į elektros tinklus.