Bateria naładuje się w 3 minuty i wytrzyma 60 tysięcy cykli. Dlaczego nie trafi do smartfonów?
Naukowcy z Uniwersytetu Flindersa w Australii opracowali niepalne ogniwo wodno-cynkowo-jodowe, które nawet po 60 tysiącach cykli ładowania zachowuje wysoką sprawność i napełnia się energią w kilka minut.
Choć nagłówki serwisów technologicznych natychmiast ogłosiły rewolucję w telefonach komórkowych, prawa fizyki i elektrochemii są bezwzględne: to rozwiązanie stworzone z myślą o sieciach elektroenergetycznych, a nie urządzeniach w naszych kieszeniach. Wyjaśniamy, dlaczego nowy typ baterii ma znikome szanse by trafić do naszej elektroniki użytkowej, za to może okazać się doskonałym rozwiązaniem w innych zastosowaniach.
Chemiczna bariera: dlaczego elektrolit wodny wyklucza telefony
Główną przeszkodą stojącą na drodze miniaturyzacji tej technologii jest ograniczone napięcie pojedynczego ogniwa z wodnym elektrolitem. Woda ma stosunkowo wąskie okno elektrochemiczne – około 1,23 V w warunkach standardowych – co ogranicza napięcie pojedynczego ogniwa. Opracowane przez badaczy z Flinders University ogniwo pracuje przy napięciu około 1,3–1,4 V.
Dla porównania standardowe akumulatory litowo-jonowe w smartfonach pracują przy napięciu nominalnym 3,7–4,4 V. Zastosowanie technologii wodnej w telefonie rodzi konkretne problemy konstrukcyjne:
- Konieczność łączenia szeregowego: aby uzyskać napięcie porównywalne z pakietem litowo-jonowym, konieczne byłoby łączenie kilku ogniw szeregowo, co dodatkowo komplikuje konstrukcję i zwiększa objętość całego pakietu.
- Niska gęstość objętościowa (Wh/l): cały pakiet z płynnym elektrolitem zajmuje wielokrotnie więcej miejsca niż litowo-jonowy odpowiednik. Smartfon musiałby mieć grubość i wagę cegły, by zaoferować jeden dzień pracy na jednym ładowaniu.
Dlatego narracja sugerująca, że oto naukowcy stworzyli błyskawicznie się ładującą i supertrwałą baterię do smartfona jest po prostu bzdurą.
60 tysięcy cykli
Natomiast cechy, które dyskwalifikują australijskie ogniwo w elektronice użytkowej, czynią je optymalnym rozwiązaniem na przykład dla stacjonarnych magazynów energii (BESS). Klasyczne akumulatory litowe w instalacjach przemysłowych ulegają degradacji po 3000–5000 cykli, co oznacza konieczność ich wymiany po niespełna dekadzie.
Ogniwo z Flinders University zmienia te realia. Uzyskany wynik 60 000 cykli to teoretycznie dziesiątki lat pracy nawet przy kilku pełnych cyklach dziennie, choć oczywiście nie oznacza to jeszcze takiej trwałości w rzeczywistym magazynie energii. Do tego zastąpienie palnych rozpuszczalników organicznych wodą całkowicie eliminuje zjawisko ucieczki termicznej. Ogniwo nie wybucha i nie pali się nawet przy uszkodzeniu mechanicznym.
Co ciekawsze , australijscy badacze rozwiązali problem dendrytów. Zastosowali oni polimer regulujący przepływ jonów, co zablokowało narastanie ostrych kryształów cynku niszczących dotychczasowe baterie wodne. Zaletą jest też to, że nowe ogniwa wykorzystują tanie i powszechnie występujące surowce. Cynk, jod oraz woda są łatwo dostępne i eliminują zależność od dostaw litu, niklu czy kontrowersyjnego kobaltu.
Rzeczywiste zastosowanie: stabilizacja OZE
Szybkość ładowania – wynosząca od 7 minut po 8000 cykli do zaledwie 3 minut w dalszej fazie testów – nie służy więc natychmiastowemu doładowaniu telefonu przed wyjściem z domu. Ze względu na gęstość energii trudne będzie zastosowanie tego typu ogniw w samochodach elektrycznych. Natomiast to parametr kluczowy dla wygładzania skoków napięcia na wielkoskalowych farmach fotowoltaicznych i wiatrowych.
Projekt wszedł w fazę budowy pierwszego komercyjnego prototypu we współpracy z partnerem przemysłowym. Jeśli ogniwo zachowa swoje parametry poza laboratorium, energetyka odnawialna zyska trwały, tani i bezpieczny fundament, bez konieczności konkurowania z rynkiem elektroniki o deficytowe dostawy litu. I tu jest właściwy ciężar odkrycia badaczy z Uniwersytetu Flindersa
