Lítiovo-iónové batérie dnes dominujú trhu, no pri veľkých úložiskách energie narážajú na cenu, bezpečnosť aj dostupnosť surovín. Vedci z Číny teraz predstavili alternatívu, ktorá využíva železo, vodný elektrolyt a podľa testov zvládne tisíce cyklov bez citeľného opotrebenia.

Nová takzvaná celokovová prietoková batéria na báze železa by mohla výrazne pomôcť pri ukladaní energie zo solárnych a veterných elektrární. Výskumníci tvrdia, že systém zvládol viac než 6 000 nabíjacích a vybíjacích cyklov bez merateľnej straty kapacity, čo zodpovedá približne 16 rokom každodenného používania.

Za vývojom stojí tím z Čínskej akadémie vied, ktorý výsledky publikoval v odbornom časopise Advanced Energy Materials. Ak sa technológiu podarí preniesť z laboratória do praxe, môže ísť o jednu z najzaujímavejších alternatív k dnešným drahším lítiovým riešeniam.

Železo patrí medzi najrozšírenejšie prvky na Zemi a v surovom stave je výrazne lacnejšie než lítium. To automaticky neznamená, že hotová batéria bude násobne lacnejšia, pretože cenu tvoria aj nádrže, membrány, čerpadlá či riadiaca elektronika. Práve materiál aktívnej časti však patrí medzi zásadné nákladové položky.

Na tému upozornil portál Tech Spot.

Ako funguje

Na rozdiel od klasických batérií v smartfónoch, notebookoch či elektromobiloch neukladá energiu do pevných článkov. Prietoková batéria používa kvapalné elektrolyty uložené v externých nádržiach, ktoré sa počas prevádzky prečerpávajú cez elektrochemický článok.

Výhoda je zrejmá najmä pri veľkých projektoch. Ak treba vyššiu kapacitu, často stačí zväčšiť nádrže s elektrolytom. To robí z tejto technológie vhodného kandidáta pre veterné a solárne farmy, kde nie je rozhodujúci kompaktný rozmer, ale cena, životnosť a bezpečnosť.

Prietokové batérie však doteraz narážali na viacero problémov. V prípade železných systémov išlo najmä o postupnú degradáciu, slabšiu reverzibilitu reakcií a presakovanie aktívnych látok cez membránu, čo časom znižovalo výkon.

Gemini - Vizualizácia batérie

Kľúčová zmena v chémii elektrolytu

Čínsky tím sa zameral práve na slabé miesto technológie, ktorú predstavoval negatívny elektrolyt. Vedci preverili 12 organických ligandov, vytvorili 11 železných komplexov a nakoniec identifikovali zlúčeninu označenú ako [Fe(HPF)BHS]^4-, ktorá sa ukázala ako najstabilnejšia.

Podľa autorov výskumu má táto štruktúra viacero výhod. Objemnejšie molekulové usporiadanie chráni železné centrum a negatívne nabité skupiny pomáhajú odpudzovať hydroxidové ióny. Zároveň sa znižuje neželaný presun látok cez membránu.

Výsledkom je výrazne vyššia stabilita počas dlhodobej prevádzky. Pri testovaní pracovala batéria pri hustote prúdu 80 mA/cm² viac než 6 000 cyklov s priemernou coulombickou účinnosťou 99,4 %. Pri vyššej záťaži dosiahla špičkovú hustotu výkonu 392,1 mW/cm² a energetickú účinnosť 78,5 %.

Veľké plus je bezpečnosť

Jedným z najväčších benefitov nového riešenia je vodný elektrolyt. Ten nevyužíva horľavé organické rozpúšťadlá typické pre lítiovo-iónové batérie, ktoré pri poškodení alebo prehriatí môžu spôsobiť požiar.

Pri veľkých batériových úložiskách je bezpečnosť kritická téma. Incidenty v rôznych krajinách ukázali, že pri megawattových systémoch môže byť riziko požiaru vážnym problémom. Vodné riešenie preto predstavuje silný argument.

Zatiaľ však treba zostať realistický. Laboratórny úspech ešte automaticky neznamená komerčný produkt. Výskumníci zatiaľ neoznámili pilotný projekt ani výrobný plán. Ak sa však rovnaké parametre podarí potvrdiť vo veľkom meradle, železo by sa mohlo stať významným hráčom v oblasti skladovania energie, a to najmä v časoch, keď nesvieti slnko a nefúka vietor.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia