Дослідники розробляють киснево-іонний акумулятор

Літій-іонні батареї сьогодні поширені всюди, але це не означає, що вони є найкращим рішенням для всіх сфер застосування. TU Wien тепер успішно розробив киснево-іонну батарею, яка має деякі важливі переваги. Не зважаючи на те, що він не забезпечує такої високої щільності енергії, як літій-іонний акумулятор, його ємність не зменшується безповоротно з часом: його можна регенерувати, що може забезпечити надзвичайно тривалий термін служби.

Крім того, киснево-іонні акумулятори можуть виготовлятися без рідкісних елементів і виготовлені з негорючих матеріалів. Спільно з партнерами з Іспанії вже подано патентну заявку на нову ідею батареї. Киснево-іонна батарея може стати відмінним рішенням для великих систем зберігання енергії, наприклад, 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 TU Wien. «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 насправді 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.

Високий термін служби

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 більше 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 цілу будівлю, наповнену модулями зберігання енергії, нижча щільність енергії та підвищена робоча температура не відіграють вирішальної ролі. Але сильні сторони нашої батареї будуть особливо важливими: тривалий термін служби, можливість виробляти велику кількість цих матеріалів без рідкісних елементів, а також той факт, що ці батареї не становлять небезпеки пожежі».