Tým čínských vědců zveřejnil podrobnosti o vodné baterii, která by podle nich mohla změnit způsob ukládání energie v rozvodné síti. Zjištění byla zveřejněna v časopise Nature Communications. Baterie v laboratorních testech vydržela 120 000 cyklů nabíjení a vybíjení. Po celou dobu si zachovala většinu své kapacity. Vědci popisují její profil likvidace jako ekologicky šetrný.
Neutrální elektrolyt v jádru
Konstrukce se zaměřuje na pH neutrální elektrolyt vyrobený ze solí hořčíku a vápníku. To je odchylka od standardní chemie vodných baterií, která se často spoléhá na silně kyselé nebo alkalické roztoky. Tyto roztoky korodují elektrody a časem se rozpadají. Neutrální přístup se oběma problémům vyhýbá. Elektrolyt má pH 7, blízké pH čisté vody.
Hlavní výzvou bylo spárování elektrolytu se správným materiálem elektrody. Tým vyvinul kovalentní organickou polymerní elektrodu navrženou tak, aby přijímala ionty hořčíku a vápníku. Polymer využívá pevnou molekulární strukturu podobnou včelí plástve. Tato struktura stabilizuje aktivní sloučeninu proti degradaci ve vodních chemických reakcích. Při testování článek dosáhl specifické kapacity 112.8 miliampérhodin na gram.
Tvrzení o dlouhověkosti a co znamenají
Výzkumníci tvrdí, že při denním cyklování by se provozní životnost baterie mohla prodloužit na staletí. Live Science uvedla, že toto tvrzení vydrží až do 24. století. Toto číslo vyžaduje kontext. Počty cyklů v laboratoři se ne vždy přímo promítají do reálných podmínek. Kolísání teploty, kolísání zátěže a fyzické namáhání v terénních instalacích zavádějí proměnné, které laboratorní testy plně nereplikují.
Údaj 120 000 cyklů je sám o sobě pozoruhodný výsledek. Většina komerčních lithium-iontových baterií se po 2 000 až 4 000 cyklech výrazně degraduje. Dokonce i články s lithium-železitým fosforečnanem, které jsou zaměřeny na síť, obvykle fungují v rozmezí 3 000 až 6 000 cyklů, než dojde k významné ztrátě kapacity. Rozdíl mezi těmito čísly a 120 000 je velký. Nezávislé ověření výsledku dosud nebylo zveřejněno.
Tvrzení o likvidaci si také zaslouží pozornost. Autoři popisují chemii elektrolytu jako dostatečně bezpečnou pro přímou environmentální likvidaci. To je silné tvrzení. Regulační rámce ve Spojeném království, USA a EU stanoví přísné prahové hodnoty pro likvidaci baterií. Zda tato chemie tyto prahové hodnoty v praxi splňuje, by vyžadovalo nezávislé environmentální testování.
Kde se vodné baterie potýkaly s problémy
Vodné baterie přitahují stálý zájem vývojářů systémů pro ukládání energie do rozvodné sítě. Nevznítí se. Jejich výroba může být levnější než lithium-iontové systémy. Elektrolyty na vodní bázi jsou široce dostupné a snadno se s nimi manipuluje.
Kompromisy však byly reálné. Hustota energie ve vodných systémech je nižší než v lithium-iontových alternativách. Koroze elektrod zkrátila životnost mnoha konstrukcí. Recenzní literatura publikovaná v časopise Energy Storage Materials tato omezení podrobně dokumentuje. Omezují komerční využití, a to i přes rostoucí poptávku po skladování energie v síti.
Nová konstrukce se snaží tyto kompromisy omezit. Neutrální elektrolyt přímo řeší korozi. Polymerní elektroda řeší degradaci. Zda tato kombinace obstojí v měřítku, v různých teplotních rozsazích a v reálných prostředích sítě, je otázka, na kterou publikovaný článek zatím neodpovídá.
Poptávka po úložištích v síti a širší kontext
Skladování energie v bateriích v rozvodné síti se stalo prioritou v plánování čisté energie. Mezinárodní energetická agentura opakovaně označila skladovací kapacitu za závazné omezení integrace obnovitelných zdrojů. Výroba energie z větru a slunce je nepravidelná. Skladování tuto nepravidelnost vyrovnává. Lithium-iontové baterie dominují v současných instalacích, ale obavy z dodavatelského řetězce, náklady na suroviny a riziko požáru udržují zájem o alternativy při životě.
Vodné systémy, průtokové baterie a skladování stlačeného vzduchu přitahují investice a pozornost výzkumu. Každý z nich má odlišné cenové a výkonnostní profily. Baterie, která poskytuje velmi dlouhou životnost s nízkým environmentálním rizikem, by řešila dva z nejtrvalejších komerčních problémů v tomto odvětví.
Práce čínského týmu je v rané fázi. Publikace v Nature Communications naznačuje, že metodologie prošla odbornou kontrolou. Nepotvrzuje však komerční připravenost.
Co přijde dál
Dalším testem je škálování. Laboratorní články a instalace v rozvodné síti se enormně liší v technické složitosti. Kovalentní organická polymerní elektroda by musela být vyráběna ve velkém. Náklady na kilowatthodinu ve velkém měřítku nejsou z aktuálního článku známy.
Výzkumníci neoznámili komerčního partnera ani pilotní projekt. V publikovaných materiálech se neobjevuje žádný časový harmonogram nasazení. Výsledky jsou dostatečně věrohodné na to, aby se daly sledovat, ale je příliš brzy na to, aby se daly považovat za vyřešený problém.
