Снимка: TU Wien
Изследователи от Техническия университет във Виена са разработили новаторска кислородно-йонна батерия, която се отличава с изключителна издръжливост, елиминира нуждата от редки елементи и решава проблема с опасността от пожар.
Литиево-йонните батерии, макар и широко разпространени в съвременния свят - захранващи всичко от електромобили до смартфони - не са непременно оптималното решение за всички приложения. Изследователите от Техническия университет във Виена са направили пробив, като са създали кислородно-йонна батерия, която предлага няколко значителни предимства. Въпреки че не може да достигне енергийната плътност на литиево-йонните батерии, капацитетът ѝ за съхранение не намалява необратимо с времето, което я прави способна на изключително дълъг живот, тъй като може да се регенерира.
Освен това за производството на кислородно-йонни батерии не са необходими дефицитни елементи и се използват негорими материали. Иновативната концепция за батерии вече е довела до заявка за патент, подадена в сътрудничество с партньори в Испания. Тези кислородно-йонни батерии биха могли да предоставят отлично решение за широкомащабни системи за съхранение на енергия, като например тези, необходими за съхранение на електрическа енергия от възобновяеми източници.
Керамичните материали като ново решение
"От доста време имаме богат опит с керамични материали, които могат да се използват за горивни клетки. Това ни даде идеята да проучим дали такива материали могат да бъдат подходящи и за направата на батерия.", казва Александър Шмид от Института за химични технологии и анализи към Техническия университет във Виена.
Керамичните материали, които екипът е изследвал, могат да абсорбират и освобождават двойно отрицателно заредени кислородни йони. Когато се приложи електрическо напрежение, кислородните йони мигрират от един керамичен материал към друг, след което могат да бъдат накарани да мигрират обратно, като по този начин генерират електрически заряд.
"Основният принцип всъщност е много сходен с този на литиево-йонната батерия, но нашите материали имат някои важни предимства.", казва проф. д-р Юрген Флайг. Керамиката не е запалима - така че пожарните инциденти, които се случват отново и отново при литиево-йонните батерии, са практически изключени. Освен това няма нужда от редки елементи, които са скъпи или могат да се добиват само по вреден за околната среда начин.
"В това отношение използването на керамични материали е голямо предимство, тъй като те могат да бъдат адаптирани много добре. Можете да замените някои елементи, които са трудни за получаване, с други сравнително лесно.", казва Тобиас Хубер. В прототипа на батерията все още се използва лантан - елемент, който не е точно рядък, но и не е напълно разпространен. Но дори и лантанът трябва да бъде заменен с нещо по-евтино и изследванията в тази насока вече са в ход. Кобалтът или никелът, които се използват в много батерии, изобщо няма да се използват.
Висока продължителност на живота
Но може би най-важното предимство на новата технология за батерии е нейната потенциална дълготрайност: "В много батерии се среща проблемът, че в определен момент носителите на заряд вече не могат да се движат. Тогава те вече не могат да се използват за генериране на електричество, капацитетът на батерията намалява. След много цикли на зареждане това може да се превърне в сериозен проблем.", казва Александър Шмид.
Кислородно-йонната батерия обаче може да се регенерира безпроблемно. Ако кислородът се губи в резултат на странични реакции, загубата може просто да се компенсира с кислород от околния въздух.
Новата концепция за батерии не е предназначена за смартфони или електрически автомобили, тъй като кислородно-йонната батерия постига само около една трета от енергийната плътност, с която са свикнали литиево-йонните батерии, и работи при температури между 200 и 400°C. Технологията обаче е изключително интересна за съхранение на енергия.
"Ако имате нужда от голямо устройство за съхранение на енергия, например за временно съхранение на слънчева или вятърна енергия, кислородно-йонната батерия може да бъде отлично решение. Ако конструирате цяла сграда, пълна с модули за съхранение на енергия, по-ниската енергийна плътност и повишената работна температура не играят решаваща роля. Но силните страни на нашата батерия биха били особено важни там - дългият експлоатационен живот, възможността за производство на големи количества от тези материали без редки елементи, както и фактът, че при тези батерии няма опасност от пожар.", казва Александър Шмид.