Дослідники TU Wien (Відень) розробили новаторську киснево-іонну батарею, яка може похвалитися винятковою довговічністю, усуває потребу в рідкісних елементах і розв’яже проблему небезпеки пожежі.Літій-іонні батареї, незважаючи на те, що вони є звичним явищем у сучасному світі й живлять усе, від електромобілів до смартфонів, не обов’язково є оптимальним рішенням для всіх застосувань. Дослідники Віденського технічного університету зробили прорив, створивши киснево-іонну батарею, яка має кілька значних переваг. Хоча він може не відповідати щільності енергії літій-іонним акумуляторам, його ємність не зменшується безповоротно з часом, завдяки чому він може працювати надзвичайно довго, оскільки його можна регенерувати.
Крім того, виготовлення киснево-іонних акумуляторів не потребує дефіцитних елементів і використовує негорючі матеріали. Інноваційна концепція батареї вже привела до патентної заявки, поданої у співпраці з партнерами в Іспанії. Ці киснево-іонні батареї можуть стати видатним рішенням для великомасштабних систем зберігання енергії, таких як ті, які потрібні для зберігання електроенергії з відновлюваних джерел.
Керамічні матеріали як нове рішення
«Уже досить давно ми маємо великий досвід роботи з керамічними матеріалами, які можна використовувати для паливних елементів», — говорить Олександр Шмід з Інституту хімічних технологій та аналітики Віденського технічного університету. «Це дало нам ідею дослідити, чи можуть такі матеріали також бути придатними для виготовлення батареї».
Керамічні матеріали, які вивчала команда TU Wien, можуть поглинати та вивільняти подвійно негативно заряджені іони кисню. Коли подається електрична напруга, іони кисню мігрують з одного керамічного матеріалу в інший, після чого їх можна змусити мігрувати назад, таким чином генеруючи електричний струм.
«Основний принцип роботи дуже схожий на літій-іонну батарею», — каже професор Юрген Флейг. «Але наші матеріали мають деякі важливі переваги». Кераміка не горюча, тому випадки пожежі, які постійно трапляються з літій-іонними акумуляторами, практично виключені. Крім того, немає потреби в рідкісних елементах, які є дорогими або можуть бути видобуті лише екологічно шкідливим способом.
«У цьому відношенні використання керамічних матеріалів є великою перевагою, оскільки їх можна дуже добре адаптувати», — каже Тобіас Хубер. «Ви можете відносно легко замінити певні елементи, які важко отримати іншими». У прототипі батареї все ще використовується лантан – елемент, який не зовсім рідкісний, але й не зовсім поширений. Але навіть лантан мають замінити чимось дешевшим, і дослідження цього вже ведуться. Кобальт або нікель, які використовуються в багатьох акумуляторах, не використовуються взагалі.
Висока тривалість життя
Але, мабуть, найважливішою перевагою нової технології батареї є її потенційна довговічність: «У багатьох батареях у вас є проблема, що в якийсь момент носії заряду більше не можуть рухатися», — говорить Олександр Шмід. «Тоді їх уже не можна використовувати для виробництва електроенергії, ємність батареї зменшується. Після багатьох циклів зарядки це може стати серйозною проблемою».
Киснево-іонний акумулятор, однак, можна регенерувати без будь-яких проблем: якщо кисень втрачається через побічні реакції, то втрату можна просто компенсувати киснем з навколишнього повітря.
Нова концепція батареї не призначена для смартфонів чи електромобілів, оскільки киснево-іонна батарея досягає приблизно третини щільності енергії, до якої звикли літій-іонні батареї, і працює при температурах від 200 до 400°C. Однак ця технологія надзвичайно цікава для зберігання енергії.
«Якщо вам потрібен великий накопичувач енергії для тимчасового зберігання сонячної або вітрової енергії, наприклад, киснево-іонна батарея може стати чудовим рішенням», — говорить Олександр Шмід. «Якщо ви будуєте всю будівлю з модулів накопичення енергії, нижча щільність енергії та підвищена робоча температура не відіграють вирішальної ролі. Але сильні сторони нашої батареї були б особливо важливими: тривалий термін служби, можливість виробництва великих кількостей цих матеріалів без рідкісних елементів і той факт, що ці батареї не викликають пожежі».
