Bateria, która nie wybucha i działa 16 lat bez degradacji. Przełom z Chin

Akumulatory oparte na litowo-jonowej technologii od lat są fundamentem elektroniki i elektromobilności. Jednak ich rosnące koszty, problemy z łańcuchem dostaw oraz ryzyko termiczne sprawiają, że naukowcy coraz intensywniej szukają alternatyw. Jedną z najbardziej obiecujących propozycji jest nowy typ baterii przepływowej oparty wyłącznie na żelazie.

Badacze z Chinese Academy of Sciences opracowali alkaliczną baterię przepływową, która według publikacji w Advanced Energy Materials jest w stanie wytrzymać ponad 6000 cykli ładowania i rozładowania bez zauważalnej utraty pojemności. Oznacza to nawet około 16 lat pracy w typowym cyklu dziennym. Największą zaletą tego rozwiązania jest właśnie wykorzystanie żelaza, które jest jednym z najpowszechniejszych pierwiastków na Ziemi i w surowej formie jest nawet 80 razy tańszy od litu.

Badacze z Chinese Academy of Sciences opracowali alkaliczną baterię przepływową, która według publikacji w Advanced Energy Materials jest w stanie wytrzymać ponad 6000 cykli ładowania i rozładowania bez zauważalnej utraty pojemności.

Jak działa bateria przepływowa?

W przeciwieństwie do klasycznych ogniw stosowanych w laptopach czy samochodach elektrycznych, bateria przepływowa przechowuje energię w ciekłych elektrolitach umieszczonych w zewnętrznych zbiornikach. Ciecz jest pompowana przez ogniwo, gdzie zachodzi reakcja elektrochemiczna. Bardzo istotnym atutem takiego podejścia jest skalowalność, bo zwiększenie pojemności sprowadza się głównie do powiększenia zbiorników, co czyni tę technologię idealną dla farm fotowoltaicznych i wiatrowych.

Problem rozwiązany na poziomie molekularnym

Choć koncepcja akumulatorów żelaznych znana jest od lat, wcześniej zmagała się z problemami degradacji, słabej odwracalności reakcji oraz tzw. crossoverem, czyli migracją aktywnych cząsteczek przez membranę. Chińscy naukowcy rozwiązali ten problem poprzez przeprojektowanie elektrolitu na poziomie molekularnym. Spośród 12 ligandów organicznych i 11 kompleksów żelaza wybrano związek [Fe(HPF)BHS]^4-, który wykazał najwyższą stabilność. Jego struktura chroni centrum żelaza i ogranicza niepożądane reakcje chemiczne.

Imponujące wyniki testów

W warunkach laboratoryjnych bateria pracowała przy gęstości prądu 80 mA cm⁻² przez ponad 6000 cykli, osiągając średnią sprawność kulombowską na poziomie 99,4%. Przy większym obciążeniu uzyskano gęstość mocy 392,1 mW cm⁻² oraz sprawność energetyczną 78,5%. Dodatkową przewagą jest zastosowanie wodnego elektrolitu, który eliminuje ryzyko zapłonu znane z baterii litowo-jonowych wykorzystujących łatwopalne rozpuszczalniki organiczne.

Jak w przypadku większości tego typu przełomów laboratoryjnych, droga do komercjalizacji pozostaje jeszcze długa. Nie ogłoszono bowiem jeszcze planów wdrożenia nawet produkcji pilotażowej. Jednak ta technologia zostanie skomercjalizowana, tanie i bezpieczne systemy oparte na żelazie mogą stać się realną alternatywą baterii litowo-jonowych. Z drugiej strony, tyle razy obiecywany już przełomy w tym segmencie, że podchodzi do kolejnych tego typu zapowiedzi z dystansem.