Ερευνητές στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης ανέπτυξαν μια μπαταρία ιόντων οξυγόνου βασισμένη σε κεραμικά υλικά που έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Η νέα μπαταρία μπορεί να αναγεννηθεί και δεν απαιτεί σπάνια στοιχεία, καθιστώντας την ιδανική λύση για μεγάλα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας.
Αν και η ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας είναι μικρότερη από αυτή των μπαταριών ιόντων λιθίου, τα δυνατά της σημεία είναι η μεγάλη διάρκεια ζωής της και το γεγονός ότι είναι άκαυστη.
Επιστήμονες στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης ανακάλυψαν μια νέα χημεία μπαταρίας ιόντων οξυγόνου που βασίζεται σε κεραμικά υλικά. Σε περίπτωση υποβάθμισης μπορεί να αναγεννηθεί, επομένως έχει δυνητικά εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής. Επίσης δεν απαιτεί σπάνια στοιχεία και είναι άκαυστο. Για μεγάλα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, αυτή θα μπορούσε να είναι η βέλτιστη λύση.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι πολύ δημοφιλείς σήμερα, από ηλεκτρικά αυτοκίνητα μέχρι smartphone. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι αποτελούν την καλύτερη λύση για όλους τους τομείς εφαρμογών. Η TU Wien πέτυχε να αναπτύξει μια μπαταρία ιόντων οξυγόνου η οποία έχει μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα. Αν και δεν επιτρέπει την απόκτηση τόσο υψηλών ενεργειακών πυκνοτήτων όπως οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, η χωρητικότητα αποθήκευσης δεν μειώνεται ανεπανόρθωτα με την πάροδο του χρόνου: μπορεί να αναγεννηθεί και επομένως μπορεί να επιτρέψει εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής.
Επιπλέον, οι μπαταρίες ιόντων οξυγόνου μπορούν να κατασκευαστούν χωρίς σπάνια στοιχεία και είναι κατασκευασμένες από άκαυστα υλικά. Μια αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη νέα ιδέα μπαταρίας έχει ήδη κατατεθεί μαζί με Ισπανούς συνεργάτες. Η μπαταρία ιόντων οξυγόνου θα μπορούσε να είναι μια εξαιρετική λύση για μεγάλα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, για παράδειγμα για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές.
Το άρθρο που περιγράφει την έρευνα «Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων οξειδίου που βασίζονται σε μικτά αγώγιμα ηλεκτρόδια οξειδίου» δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Energy Materials.
Ο Alexander Schmid, από το Ινστιτούτο Χημικών και Αναλυτικών Τεχνολογιών του TU Wien, δήλωσε: «Έχουμε μεγάλη εμπειρία με κεραμικά υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για κυψέλες καυσίμου για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό μας έδωσε την ιδέα να διερευνήσουμε εάν αυτά τα υλικά θα μπορούσαν επίσης να είναι κατάλληλα για την παραγωγή μπαταρίας».
Τα κεραμικά υλικά που μελετήθηκαν από την ομάδα TU Wien μπορούν να απορροφήσουν και να απελευθερώσουν διπλά αρνητικά φορτισμένα ιόντα οξυγόνου. Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση, τα ιόντα οξυγόνου μεταναστεύουν από το ένα κεραμικό υλικό στο άλλο, μετά από το οποίο μπορούν να μεταναστεύσουν ξανά, δημιουργώντας έτσι ηλεκτρικό ρεύμα.
Ο καθηγητής Jürgen Fleig εξήγησε: «Η βασική αρχή είναι πολύ παρόμοια με αυτή της μπαταρίας ιόντων λιθίου. Αλλά τα υλικά μας έχουν μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα».
Το κεραμικό δεν είναι εύφλεκτο, επομένως τα ατυχήματα πυρκαγιάς, που συμβαίνουν συχνά με μπαταρίες ιόντων λιθίου, πρακτικά αποκλείονται. Επίσης, δεν χρειάζονται σπάνια στοιχεία, τα οποία είναι ακριβά ή μπορούν να εξορυχθούν μόνο με επιβλαβή για το περιβάλλον τρόπο.
Ο Tobias Huber επέκτεινε την εξήγηση: «Από αυτή την άποψη, η χρήση κεραμικών υλικών είναι ένα μεγάλο πλεονέκτημα γιατί μπορούν να προσαρμοστούν πολύ καλά. Μπορείτε να αντικαταστήσετε κάποια δύσκολα αντικείμενα με σχετικά εύκολα».
Η πρωτότυπη μπαταρία εξακολουθεί να χρησιμοποιεί λανθάνιο, ένα στοιχείο που δεν είναι ακριβώς σπάνιο αλλά ούτε και εντελώς κοινό. Αλλά το λανθάνιο πρέπει επίσης να αντικατασταθεί από κάτι φθηνότερο, και η έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη. Το κοβάλτιο ή το νικέλιο, που χρησιμοποιούνται σε πολλές μπαταρίες, δεν θα χρησιμοποιηθούν καθόλου.
Το σημαντικότερο πλεονέκτημα της νέας τεχνολογίας μπαταριών είναι η πιθανή μακροζωία της. «Υπάρχει πρόβλημα με πολλές μπαταρίες που κάποια στιγμή οι φορείς φόρτισης δεν μπορούν πλέον να κινηθούν», είπε ο Alexander Schmid. «Τότε δεν μπορούν πλέον να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η χωρητικότητα της μπαταρίας μειώνεται. Μετά από πολλούς κύκλους φόρτισης, αυτό μπορεί να γίνει σοβαρό πρόβλημα». Η μπαταρία ιόντων οξυγόνου, από την άλλη πλευρά, μπορεί να αναγεννηθεί χωρίς προβλήματα: Εάν χαθεί οξυγόνο λόγω πλευρικών αντιδράσεων, η απώλεια μπορεί απλώς να αντισταθμιστεί με οξυγόνο της ατμόσφαιρας.
Η νέα ιδέα μπαταρίας δεν προορίζεται για smartphone ή ηλεκτρικά αυτοκίνητα, επειδή η μπαταρία ιόντων οξυγόνου επιτυγχάνει μόνο περίπου το ένα τρίτο της ενεργειακής πυκνότητας που έχετε συνηθίσει με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου και λειτουργεί σε θερμοκρασίες μεταξύ 200 και 400°C. η τεχνολογία είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσα για την αποθήκευση ενέργειας. Ο Alexander Schmid το θέτει ως εξής: « Αν χρειάζεστε έναν μεγάλο συσσωρευτή ενέργειας για να αποθηκεύσετε προσωρινά, για παράδειγμα, ηλιακή ή αιολική ενέργεια, η μπαταρία ιόντων οξυγόνου θα μπορούσε να είναι μια εξαιρετική λύση. Εάν χτίσετε ένα ολόκληρο κτίριο γεμάτο με μονάδες αποθήκευσης ενέργειας, η χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και η αυξημένη θερμοκρασία λειτουργίας δεν παίζουν καθοριστικό ρόλο. Αλλά τα δυνατά σημεία της μπαταρίας μας θα ήταν ιδιαίτερα σημαντικά σε αυτή την περίπτωση: η μεγάλη διάρκεια ζωής, η δυνατότητα παραγωγής μεγάλων ποσοτήτων αυτών των υλικών χωρίς σπάνια στοιχεία και το γεγονός ότι με αυτές τις μπαταρίες δεν υπάρχει κίνδυνος πυρκαγιάς. ”
Έτσι, το λίθιο έχει μεγαλύτερη πυκνότητα φορτίου, αλλά, ταυτόχρονα, διαρκεί πολύ λιγότερο και κοστίζει πολύ περισσότερο από αυτά με ιόντα οξυγόνου. Έτσι για ορισμένες χρήσεις μπορούν να είναι άμεσα ανταγωνιστικές, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη ότι η έρευνα μπορεί, με την πάροδο του χρόνου, να βελτιώσει την πυκνότητα και να μειώσει τη θερμοκρασία χρήσης αυτής της τεχνολογίας. Σίγουρα η ανάγκη επίτευξης υψηλών θερμοκρασιών είναι πρόβλημα, αλλά όχι ανυπέρβλητο για τη σύγχρονη μηχανική.
Χάρη στο κανάλι μας στο Telegram, μπορείτε να ενημερώνεστε για τη δημοσίευση νέων άρθρων από τα Οικονομικά Σενάρια.
Το άρθρο Κεραμικές μπαταρίες: λιγότερο ακριβές και μεγαλύτερης διάρκειας από το λίθιο, αλλά… προέρχεται από το Scenari Economici .
Αυτή είναι μια αυτόματη μετάφραση μιας ανάρτησης που δημοσιεύτηκε στο Scenari Economici στη διεύθυνση URL https://scenarieconomici.it/batterie-ceramiche-meno-costose-e-piu-durature-del-litio-ma/ στις Wed, 05 Apr 2023 19:27:24 +0000.