Ekologiczna i bezpieczna alternatywa w świecie baterii
Zespół naukowców z City University of Hong Kong oraz Southern University of Science and Technology postawił na maksymalne bezpieczeństwo. Ich urządzenie wykorzystuje elektrolit o neutralnym pH 7.0, który nie stwarza ryzyka korozji ani gwałtownych reakcji chemicznych. To zasadnicza różnica w porównaniu z większością dostępnych ogniw wodnych, które często bazują na agresywnych roztworach kwasów lub zasad.
Czytaj też: Ta cząsteczka magazynuje energię przez lata. Sensacyjne odkrycie amerykańskich naukowców
Kluczową rolę pełnią tu elektrody ujemne wykonane z organicznych polimerów. To one magazynują jony magnezu i wapnia, pozwalając ogniwu osiągnąć napięcie 2,2 V i pojemność właściwą sięgającą 112,8 mAh/g. Mówiąc prościej, taka bateria potrafi zgromadzić około 48,3 Wh energii na każdy kilogram swojej masy, biorąc pod uwagę masę elektrod i elektrolitu. W świecie wielkich, stacjonarnych magazynów energii, gdzie waga nie jest kluczowa, to całkiem obiecujący wynik. Prawdziwą przewagą jest jednak brak zagrożenia pożarem czy wybuchem. Gdy uszkodzeniu ulegnie tradycyjny akumulator litowo-jonowy, może dojść do niekontrolowanej ucieczki termicznej. W przypadku wynalazku z Hongkongu, nawet przebicie obudowy skutkowałoby wyłącznie wyciekiem… słonej wody.
Żywotność, o której producenci smartfonów mogą tylko pomarzyć
Podana przez badaczy liczba 120 000 pełnych cykli ładowania i rozładowania jest oszałamiająca. Aby zrozumieć skalę, warto porównać ją z tym, co oferuje rynek. Bateria w naszym telefonie zazwyczaj zaczyna się psuć po 800-1000 cyklach. Droższe akumulatory w samochodach elektrycznych wytrzymują od 1500 do 3000 takich cykli. Nawet zaawansowane ogniwa LFP, stosowane w domowych magazynach energii, rzadko przekraczają granicę 10 000 ładowań.
W porównaniu z obecnymi wodnymi systemami baterii nasz system zapewnia wyjątkową długoterminową stabilność cykliczną i przyjazność dla środowiska w warunkach neutralnych – podkreślają członkowie zespołu badawczego
W praktyce oznaczałoby to, iż taki magazyn energii mógłby pracować bez wymiany przez ponad dekadę, nawet przy codziennym, intensywnym użytkowaniu. Dla farm wiatrowych czy fotowoltaicznych, które muszą buforować energię w rytmie dnia i nocy, to bezcenna cecha. Badacze potwierdzili też stabilność pracy przy wysokim prądzie 20 A/g, co wskazuje na potencjał do szybkiego ładowania i oddawania energii.
Od laboratorium do fabryki
Jasne jest, że tej technologii nie zobaczymy w najbliższym czasie w laptopach czy powerbankach. Gęstość energii, choć wystarczająca dla zastosowań przemysłowych, jest zbyt niska, by konkurować z litem w urządzeniach mobilnych. Jej naturalnym środowiskiem będą duże, stacjonarne instalacje: systemy wsparcia dla OZE, awaryjne zasilanie centrów danych czy infrastruktura wojskowa. Tam niezawodność i żywotność są ważniejsze od kompaktowych rozmiarów. Kolejną zaletą jest ekologiczny koniec życia produktu. Bateria spełnia restrykcyjne normy, w tym chińską GB 18599-2020 oraz amerykański Resource Conservation and Recovery Act (RCRA), co teoretycznie pozwala na jej bezpieczną utylizację w środowisku. To ogromny kontrast wobec skomplikowanego i kosztownego recyklingu ogniw litowo-jonowych.
Czytaj też: Parowanie jeszcze nigdy nie było tak elektryzujące. Oto przełomowy sposób pozyskiwania energii!
Kluczową niewiadomą pozostaje skalowalność produkcji. To, co działa doskonale w warunkach laboratoryjnych, często napotyka nieprzewidziane problemy przy próbie wdrożenia na masową skalę. Drugą kwestią jest koszt. Choć sama solanka jest tania, cena zaawansowanych polimerów organicznych i proces produkcji mogą okazać się barierą. Projekt ma poważne wsparcie, m.in. od National Natural Science Foundation of China. Jeśli uda się przejść od prototypu do fabryki działającej na skalę przemysłową, to baterie na bazie solanki tofu mogą w ciągu najbliższej dekady stać się ciekawą opcją dla rozwijającej się energetyki odnawialnej, szczególnie w Azji.