W ogromnym obszarze postępu technologicznego niektóre innowacje cicho przekształcają fundamenty naszego codziennego życia. Często te przełomy nie trafiają na pierwsze strony gazet. Ba, regularnie zdarza się, że jeśli już kieruje się na nie medialne reflektory, to rewolucyjne odkrycia “giną” na etapie laboratoryjnych eksperymentów. Część z nich staje się jednak z czasem integralną częścią naszej rzeczywistości, zmieniając sposób, w jaki funkcjonujemy. Dobrym przykładem jest ewolucja systemów magazynowania energii, a więc dziedziny, która odgrywa kluczową rolę w przechodzeniu na zrównoważone źródła energii. Stanowi bowiem podstawę sensownych farm wiatrowych i słonecznych czy elektrycznych samochodów.
Naukowcy opracowali ogniwo odporne na ogień i przyjazne dla środowiska
Akumulatory litowo-jonowe od lat dominują na rynku. Zasilają nasze smartfony, laptopy i samochody elektryczne. Jednak ich łatwopalność i zależność od rzadkich surowców rodzą problemy bezpieczeństwa i wpływu na środowisko. Stąd dążenie do znalezienia sensownej alternatywy, a tak się składa, że w tym właśnie sektorze pojawił się nowy gracz – akumulatory cynkowo-jonowe. Te wykorzystują wodne elektrolity, co naturalnie zmniejsza ryzyko pożaru i ogranicza szkodliwość środowiskową. Gdyby tego było mało, cynk jest powszechnie dostępny, tani i nietoksyczny, co czyni z tych akumulatorów atrakcyjną alternatywę dla dużych systemów magazynowania energii.
Czytaj też: Kupiłeś panele słoneczne, a teraz oddajesz swój prąd za darmo. Rozwiązanie jest proste
Jednak mimo wielu zalet, akumulatory cynkowo-jonowe dręczą problemy, a to szczególnie w kontekście kolektorów prądowych, czyli elementów przewodzących prąd w akumulatorach. Tradycyjne materiały, takie jak folia grafitowa, mają słabe właściwości mechaniczne i ograniczoną skalowalność, co utrudnia szersze wdrożenie tej technologii. Oto jednak zespół badawczy pod kierownictwem prof. Geon-Hyounga Ana z Dongguk University opracował nowatorskie rozwiązanie tego problemu – grafenową folię stalową (G@SSF-400), która pełni funkcję kolektora prądowego.
Połączenie wytrzymałości i skalowalności stali nierdzewnej z przewodnictwem i odpornością na korozję grafenu pozwala uzyskać materiał o wyjątkowych właściwościach. Cały proces produkcji polega z kolei na prostym naniesieniu powłoki grafenowej oraz obróbce cieplnej, która usuwa tlenki powierzchniowe i poprawia przyczepność oraz przewodnictwo. Metoda ta jest zgodna z przemysłową technologią produkcji rolowanej, co czyni ją gotową do wdrożenia na szeroką skalę. Akumulatory z tym rozwiązaniem osiągnęły wysokie pojemności właściwe — 1,90 mAh/cm² przy 0,3 C i 0,91 mAh/cm² przy 2,0 C, a po 1500 cyklach pracy zachowały 88,7% pojemności, nawet przy wysokim obciążeniu elektrody (13,27 mg/cm²).
Czytaj też: Eksperci odkryli karty. Zużywające się akumulatory samochodów elektrycznych to rozdmuchany mit
Ten przełom rozwiązuje jedne z najważniejszych problemów związanych z magazynowaniem energii: bezpieczeństwo, koszt i skalowalność. Dzięki zastąpieniu tradycyjnych kolektorów prądowych folią G@SSF-400, akumulatory cynkowo-jonowe stają się bardziej opłacalną opcją dla zastosowań w skali sieciowej, a to zwłaszcza w kontekście integracji z odnawialnymi źródłami energii. Dodatkowo kompatybilność nowej technologii z istniejącymi procesami produkcyjnymi przyspiesza jej wdrożenie.
Czytaj też: Eksperci zabrali głos. Marnujesz pieniądze i nawet o tym nie wiesz
Co więcej, korzyści środowiskowe są nie do przecenienia. Akumulatory cynkowo-jonowe z grafenowymi kolektorami stalowymi zmniejszają zależność od rzadkich i szkodliwych materiałów, wspierając globalne dążenia do zrównoważonej i cyrkularnej gospodarki energetycznej. Dlatego też to rozwiązanie może zapewnić szerszy dostęp do przystępnego cenowo magazynowania energii, odegrać istotną rolę w walce ze zmianami klimatycznymi i poprawić sprawiedliwość energetyczną. Czas jednak tylko pokaże, czy to rzeczywiście wstęp do energetycznej rewolucji, czy ot kolejne osiągnięcie, które utknie w laboratoriach… i może będzie początkiem innego, bardziej sensownego akumulatora w zakresie wdrożeń na masową skalę.