VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

Publikoval: ejrick van newman
1. januára 2024

Dve farebné tekutiny prebublávajúce trubicami: Takto vyzerá batéria budúcnosti? Výskumník Empa David Reber sa rozhodol odpovedať na túto otázku v priebehu nasledujúcich štyroch rokov s podporou grantu Ambizione od Švajčiarskej národnej vedeckej nadácie (SNSF).

Takzvané redox-prietokové batérie sú známe už od 70. rokov minulého storočia. Na rozdiel od bežných lítium-iónových batérií neukladajú energiu do pevných elektród, ale do nádrží obsahujúcich tekuté roztoky elektrolytov. Proces nabíjania a vybíjania neprebieha v samotných nádržiach; namiesto toho sa elektrolyty čerpajú cez elektrochemický článok.

Tekuté batérie sú nepraktické pre mobilné telefóny, notebooky alebo autá. Ale sú veľmi sľubné pre stacionárne skladovacie riešenia. Keďže energia je uložená mimo skutočného článku, prietokové batérie môžu ťažiť z jednoduchého a cieleného škálovania. Väčší elektrochemický článok umožňuje rýchlejšie nabíjanie a vybíjanie batérie, väčšie nádrže s elektrolytom umožňujú uložiť viac energie.

„Keďže využívame viac obnoviteľnej energie, budeme potrebovať skladovanie energie vo veľkom meradle – dokonca aj v mestských oblastiach,“ hovorí Reber. Ďalší bod pre prietokové batérie: Ak sa použijú elektrolyty na vodnej báze, sú na rozdiel od bežných lítium-iónových batérií v zásade nehorľavé.

Outsourcovaná hustota energie

Napriek tomu sa technológia ešte neuchytila. Reber pozná hlavný problém: „Prietočné batérie majú hustotu energie približne desaťkrát nižšiu ako batérie vyrobené z pevných akumulačných materiálov,“ vysvetľuje. Čím viac akumulačného materiálu môže byť rozpustených v elektrolyte, tým vyššia je hustota energie prietokovej batérie. „Vysoké koncentrácie však zahusťujú roztok a potrebujete oveľa viac energie, aby ste ho pumpovali cez bunku,“ hovorí výskumník.

Reber chce teraz vo svojej práci v laboratóriu Materials for Energy Conversion spoločnosti Empa vyriešiť presne tento problém – s neobvyklým prístupom. Zatiaľ čo väčšina projektov v oblasti prietokových batérií sa zameriava na lepšiu rozpustnosť akumulačných materiálov, on chce úplne oddeliť skladovanie energie od roztoku elektrolytu.

„Mojou víziou je vyvinúť hybrid typu prietokovej batérie a lítium-iónovej batérie,“ hovorí. Aby to bolo možné, Reber chce do nádrže prietokovej batérie pridať pevné úložné materiály, ako sú tie, ktoré sa používajú v batériách mobilných telefónov. „Ak sú rozpustený materiál a pevný skladovací materiál presne zladené, môžu si navzájom prenášať energiu,“ vysvetľuje Reber. „To umožňuje kombinovať škálovateľnosť prietokových batérií s vysokou hustotou energie batérií s pevnými skladovacími materiálmi.“

Hľadajú sa: vhodné materiály

Najprv však musí výskumník nájsť vhodné páry materiálov, ktoré umožňujú výmenu energie a zároveň zostávajú stabilné počas dlhšieho časového obdobia. „V ideálnom prípade by redoxná prietoková batéria mala byť schopná prevádzky približne 20 rokov,“ hovorí.

Či sa pár materiálov k sebe hodí, závisí od toho, čo je známe ako redoxný potenciál látok: pri akom napätí darujú alebo prijímajú elektróny. „Už mám na mysli niekoľko možných párov,“ hovorí Reber. A ak sa sľubný pár celkom nezhoduje, jeho redoxné potenciály možno manipulovať pomocou určitých chemických úprav. Jedným z Reberových nápadov je použiť chelát ako rozpustený skladovací materiál: viac-ramennú organickú molekulu, ktorá sa „obalí“ okolo kovového iónu. V závislosti od toho, koľko ramien má organická molekula – ligand, sa mení redoxný potenciál.

Reber už počas svojho postdoktorandského obdobia na University of Colorado Boulder uskutočnil výskum redoxných prietokových batérií na báze chelátov, za čo získa prestížne ocenenie Battery Division Postdoc Award na výročnom stretnutí Electrochemical Society v Göteborgu v októbri.

Na konci štvorročného obdobia financovania Ambizione Reber dúfa, že bude mať dobre fungujúcu batériu s dodatočným pevným úložiskom. „Ak tento prístup funguje, potenciálne aplikácie sú veľmi rôznorodé,“ hovorí. Napríklad kompaktné prietokové batérie s flexibilným tvarovým faktorom by bolo oveľa jednoduchšie integrovať v mestských oblastiach. „Stačili by na to čerpadlá a niekoľko potrubí,“ dodáva výskumník.

Zdroj: https://www.nanowerk.com/

PREČÍTAJTE SI AJ

Prelomové objavy v kvantovej výpočtovej technike grafénu

Prelomové objavy v kvantovej výpočtovej technike grafénu

Je to materiál oslavovaný ako transformačný prielom vo svete technológií – a jeho potenciál je prakticky neobmedzený. Grafén, hrubý len jeden atóm, no napriek tomu neuveriteľne silný a vodivý, bol označený ako zásadný prvok pre nespočetné množstvo priemyselných...

Multimodálne e-textílie na báze grafénu

Multimodálne e-textílie na báze grafénu

Prvýkrát v histórii spoločný výskumný tím z Kórejského inštitútu strojov a materiálov (KIMM) a Kórejského pokročilého inštitútu vedy a techniky (KAIST) vyvinul prispôsobené elektronické textílie s použitím grafénu. Prelomovú technológiu viedol hlavný výskumník...

Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Stavebné materiály – ako je betón, cement a asfalt – sú jedny z najpoužívanejších materiálov na svete a sú hlavnými prispievateľmi k emisiám uhlíka. A ich používanie sa v budúcnosti nezníži, pretože ľudia musia vytvárať nové budovy a cesty tvárou v tvár neustále...

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii Prevratný výskum odhalil mimoriadny jav, pri ktorom sa voda môže priamo zapájať do elektrónov grafénu, pozoruhodnej mriežky atómov uhlíka usporiadaných do voštinovej štruktúry. Tento podmanivý objav kvantového...

Magnetický materiál čistí mikroplasty z vody

Magnetický materiál čistí mikroplasty z vody

Výskumníci z univerzity RMIT našli inovatívny spôsob, ako rýchlo odstrániť nebezpečné mikroplasty z vody pomocou magnetov. Vedúca výskumu profesorka Nicky Eshtiaghi uviedla, že existujúcim metódam môže trvať niekoľko dní odstránenie mikroplastov z vody, zatiaľ čo ich...

Inovatívna ťažba zlata vďaka nanočasticiam

Inovatívna ťažba zlata vďaka nanočasticiam

Zlato, najžiadanejší ušľachtilý kov, fascinuje ľudstvo po stáročia. Nedávny prelomový výskum spôsobil revolúciu v našom chápaní transportu a akumulácie zlata odhalením jedinečnej schopnosti nanočastíc zlata taviť sa a vytvárať nanomateliny zlata pri nižších teplotách....

Nové solárne články inšpirované očami hmyzu

Nové solárne články inšpirované očami hmyzu

Zbalenie malých solárnych článkov, ako sú mikrošošovky v zloženom oku hmyzu, by mohlo pripraviť cestu k novej generácii pokročilej fotovoltaiky, tvrdia vedci zo Stanfordskej univerzity. "Perovskity sú sľubné, lacné materiály, ktoré premieňajú slnečné svetlo na...

Čistejší vzduch v tuneloch vďaka betónu

Čistejší vzduch v tuneloch vďaka betónu

Kvalita vzduchu v podzemných cestných tuneloch býva horšia ako v iných cestných prostrediach v dôsledku zlej cirkulácie vzduchu. Na vyriešenie tohto problému vyvinuli výskumníci z Kórejského inštitútu stavebného inžinierstva a stavebných technológií (KICT)...

Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom

Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom

Spomedzi približne 2 000 známych druhov termitov sú niektorí inžinieri ekosystémov. Kopce postavené niektorými rodmi, napríklad Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes a Odontotermes, dosahujú výšku až osem metrov, čo z nich robí jedny z najväčších biologických štruktúr...

Používanie AI na nájdenie vzácnych minerálov

Používanie AI na nájdenie vzácnych minerálov

Model strojového učenia dokáže predpovedať umiestnenie minerálov na Zemi – a potenciálne aj na iných planétach – využitím vzorov v minerálnych asociáciách. Veda a priemysel hľadajú ložiská nerastov, aby lepšie porozumeli histórii našej planéty a ťažili ich pre...

Udržateľné batérie pre budúcnosť

Udržateľné batérie pre budúcnosť

Batérie sú nevyhnutné pre globálne úsilie o zníženie spotreby fosílnych palív. Výzvy však pretrvávajú: ich výroba si vyžaduje veľa energie, použité materiály sú vzácne a batérie sa ťažko recyklujú. Niekoľko výskumných skupín na Inštitúte vedy a techniky v Rakúsku...

Zachytávanie uhlíka z atmosféry je možné

Zachytávanie uhlíka z atmosféry je možné

Technológie priameho zachytávania vzduchu (DAC) ponúkajú nové príležitosti na priblíženie sa k našim cieľom v oblasti zmierňovania zmeny klímy. Máme však pred sebou ešte dlhú cestu, kým bude možné plne zaviesť DAC ako zmierňujúce opatrenie. Medzivládny panel OSN pre...

Umelá inteligencia proti znečisteniu ovzdušia

Umelá inteligencia proti znečisteniu ovzdušia

99% svetovej populácie dýcha vzduch, ktorý prekračuje limity odporúčané Svetovou zdravotníckou organizáciou (WHO). Tento scenár sa zhoršuje v mestských oblastiach, kde je sústredených viac ako 50 % svetovej populácie. Na zmiernenie problému znečistenia ovzdušia, ktoré...

Nové organické solárne články budúcnosti

Nové organické solárne články budúcnosti

Vzhľadom na nedávne zlepšenia v účinnosti, s akou dokážu solárne články vyrobené z organických (uhlíkových) polovodičov premieňať slnečné svetlo na elektrinu, sa zlepšenie dlhodobej stability týchto fotovoltaických zariadení stáva čoraz dôležitejšou témou. Reálne...

Vývoj najmenšieho ozubeného kolesa na svete

Vývoj najmenšieho ozubeného kolesa na svete

Stále menšie a zložitejšie – bez miniaturizácie by sme dnes nemali komponenty, ktoré sú potrebné pre vysokovýkonné notebooky, kompaktné smartfóny alebo endoskopy s vysokým rozlíšením. V súčasnosti prebieha výskum v nanoúrovni na spínačoch, rotoroch alebo motoroch,...

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov

Pridaj komentár