Przez lata odpowiedzią na bolączki tradycyjnych akumulatorów miały być ogniwa ze stałym, a nie ciekłym elektrolitem – bezpalne, zwarte, odporne na dendryty i gotowe do pracy w wysokich gęstościach energii. Problem w tym, że większość obiecujących przewodników jonowych działa sprawnie dopiero w podwyższonych temperaturach albo ulega degradacji przy kontakcie z elektrodami. W tym świecie elektrolity przenoszące jony wodorkowe H⁻ uchodziły za szczególnie intrygujące, ale praktycznie bezużyteczne w warunkach pokojowych i to właśnie uległo zmianie.
Koniec ery litowo-jonowej? Chińczycy odpalili stały akumulator na jonach wodorkowych
Chińczycy opracowali właśnie pierwszy na świecie akumulator jonowo-wodorkowy ze stałym elektrolitem, który funkcjonuje w zwykłych warunkach otoczenia. Zważywszy na rewolucyjny potencjał tego rozwiązania, brzmi to wszystko tak, jak science-fiction, ale może stać się realną rewolucją dla całego sektora energetycznego. Zespół profesora Chen Pinga z Chińskiej Akademii Nauk zmierzył się bowiem z fundamentalnym problemem, który dotąd blokował rozwój tej technologii – brakiem elektrolitu łączącego szybkie przewodnictwo jonów wodorkowych z odpowiednią stabilnością termiczną.
Czytaj też: Niczym turbosprężarka dla elektrycznych samochodów. Koniec z ograniczeniami
Kluczem do tego sukcesu okazał się nowatorski elektrolit o niezwykłej strukturze typu “rdzeń-powłoka”, który łączy wysoką przewodność jonów wodorkowych ceru ze stabilnością wodorku baru. Jak donosi serwis TechXplore, cienka powłoka BaH₂ otacza rdzeń z CeH₃, umożliwiając szybkie przewodzenie jonów H⁻ już w temperaturze pokojowej. Co ciekawe, materiał ten przekształca się w przewodnik superjonowy po przekroczeniu 60 stopni Celsjusza.
Opracowany przez Chińczyków prototypowy akumulator wykorzystuje materiały znane głównie z zastosowań w magazynowaniu wodoru. NaAlH₄ pełni rolę aktywnego składnika katody, podczas gdy CeH₂ stanowi materiał anody. Takie połączenie pozwoliło osiągnąć początkową pojemność właściwą katody na poziomie 984 mAh/g w temperaturze pokojowej, a po 20 cyklach ładowania i rozładowywania akumulator i tak zachował wysoką pojemność 402 mAh/g. Wskazuje to na przyzwoitą, choć nie oszałamiającą trwałość prototypu. W konfiguracji stosowej urządzenie osiągnęło napięcie robocze 1,9 V, co wystarczyło do zasilenia żółtej diody LED i choć jest to skromny pokaz możliwości, to zawsze lepsze jest to niż czysto teoretyczne rozważania.
Czytaj też: Dom i auto z jednej skrzynki. Nowy system jednocześnie grzeje i ładuje
Największą zaletą nowej technologii jest wykorzystanie wodoru jako nośnika ładunku. W przeciwieństwie do tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych, to rozwiązanie całkowicie eliminuje ryzyko powstawania dendrytów metalicznych, a więc mikroskopijnych narostów mogących prowadzić do zwarć i pożarów. Jony wodorkowe (H⁻) charakteryzują się niską masą i wysokim potencjałem redoks, co czyni je niezwykle obiecującymi nośnikami ładunku dla przyszłych urządzeń elektrochemicznych.
Czytaj też: Wycięli las, zainstalowali panele słoneczne i wywołali burzę. To może spotkać każdego z nas
Nowa technologia otwiera interesujące perspektywy dla bezpieczniejszego i bardziej wydajnego magazynowania energii. Trzeba jednak pamiętać, że laboratoryjny sukces to dopiero pierwszy krok, a prawdziwym testem będzie skalowanie technologii do rozmiarów przemysłowych i obniżenie kosztów produkcji. Jeśli chińskim naukowcom uda się pokonać te wyzwania, to będziemy świadkami prawdziwej transformacji sektora magazynowania energii.