Sekumpulan penyelidik China telah menerbitkan butiran tentang bateri akueus yang mereka katakan boleh mengubah cara tenaga skala grid disimpan. Penemuan ini muncul dalam Nature Communications. Bateri tersebut beroperasi selama 120,000 kitaran cas-nyahcas dalam ujian makmal. Ia mengekalkan sebahagian besar kapasitinya sepanjang tempoh tersebut. Para penyelidik menggambarkan profil pelupusannya sebagai tidak berbahaya kepada alam sekitar.
Elektrolit Neutral di Teras
Reka bentuk ini tertumpu pada elektrolit pH-neutral yang dibina daripada garam magnesium dan kalsium. Ini merupakan penyimpangan daripada kimia bateri akueus standard, yang sering bergantung pada larutan berasid atau alkali yang kuat. Larutan tersebut menghakis elektrod dan rosak dari semasa ke semasa. Pendekatan neutral mengelakkan kedua-dua masalah. Elektrolit berada pada pH 7, hampir dengan air bersih.
Menggandingkan elektrolit tersebut dengan bahan elektrod yang betul merupakan cabaran utama. Pasukan ini membangunkan elektrod polimer organik kovalen yang direka bentuk untuk menempatkan ion magnesium dan kalsium. Polimer ini menggunakan struktur molekul yang tegar seperti sarang lebah. Struktur tersebut menstabilkan sebatian aktif terhadap degradasi dalam kimia berasaskan air. Dalam ujian, sel tersebut menghasilkan kapasiti khusus sebanyak 112.8 miliampere-jam setiap gram.
Tuntutan Panjang Umur dan Apa Maksudnya
Para penyelidik berhujah bahawa pada kadar kitaran harian, jangka hayat operasi bateri boleh berlanjutan hingga berabad-abad. Live Science melaporkan dakwaan itu berlangsung sehingga abad ke-24. Angka itu memerlukan konteks. Kiraan kitaran makmal tidak selalunya diterjemahkan secara langsung kepada keadaan dunia sebenar. Variasi suhu, turun naik beban dan tekanan fizikal dalam pemasangan lapangan semuanya memperkenalkan pembolehubah yang tidak dapat direplikasi sepenuhnya oleh ujian makmal.
Angka 120,000 kitaran itu sendiri merupakan hasil yang ketara. Kebanyakan bateri litium-ion komersial merosot dengan ketara selepas 2,000 hingga 4,000 kitaran. Malah sel litium besi fosfat yang berfokus pada grid biasanya beroperasi dalam julat 3,000 hingga 6,000 kitaran sebelum kehilangan kapasiti yang bermakna. Jurang antara angka tersebut dan 120,000 adalah besar. Pengesahan bebas terhadap keputusan itu masih belum diterbitkan.
Dakwaan pelupusan juga memerlukan perhatian. Penulis menggambarkan kimia elektrolit sebagai cukup selamat untuk pembuangan langsung ke alam sekitar. Itu adalah penegasan yang kuat. Rangka kerja kawal selia di UK, AS dan EU menetapkan ambang batas yang ketat untuk pelupusan bateri. Sama ada kimia ini memenuhi ambang batas tersebut dalam praktik memerlukan ujian alam sekitar yang bebas.
Di Mana Bateri Akueus Telah Bergelut
Bateri akueus telah menarik minat yang berterusan daripada pembangun storan grid. Ia tidak mudah terbakar. Ia boleh dibuat dengan lebih murah berbanding sistem litium-ion. Elektrolit berasaskan air boleh didapati secara meluas dan mudah dikendalikan.
Walau bagaimanapun, terdapat beberapa kesan sampingan yang nyata. Ketumpatan tenaga dalam sistem akueus adalah lebih rendah berbanding alternatif litium-ion. Kakisan elektrod telah memendekkan jangka hayat dalam banyak reka bentuk. Kajian literatur yang diterbitkan dalam Energy Storage Materials telah mendokumentasikan batasan ini secara terperinci. Ia telah mengehadkan pengambilan komersial walaupun permintaan penyimpanan grid meningkat.
Reka bentuk baharu ini cuba mengurangkan pertukaran tersebut. Elektrolit neutral menangani kakisan secara langsung. Elektrod polimer menangani degradasi. Sama ada kombinasi itu tahan pada skala, merentasi julat suhu dan dalam persekitaran grid sebenar merupakan persoalan yang belum dijawab oleh kertas kerja yang diterbitkan.
Permintaan Penyimpanan Grid dan Konteks yang Lebih Luas
Storan bateri berskala grid telah menjadi keutamaan dalam perancangan tenaga bersih. Agensi Tenaga Antarabangsa telah berulang kali menandakan kapasiti storan sebagai kekangan yang mengikat pada integrasi boleh diperbaharui. Penjanaan angin dan solar adalah sekejap-sekejap. Storan melancarkan sekejap-sekejap itu. Litium-ion mendominasi pemasangan semasa, tetapi kebimbangan rantaian bekalan, kos bahan mentah dan risiko kebakaran telah mengekalkan minat terhadap alternatif.
Sistem akueus, bateri aliran dan storan udara termampat semuanya telah menarik perhatian pelaburan dan penyelidikan. Setiap satu mempunyai profil kos dan prestasi yang berbeza. Bateri yang memberikan jangka hayat kitaran yang sangat panjang dengan risiko alam sekitar yang rendah akan menangani dua kebimbangan komersial yang paling berterusan dalam sektor ini.
Kerja pasukan China itu masih di peringkat awal. Penerbitan dalam Nature Communications menunjukkan metodologi tersebut telah lulus penelitian pakar. Ia tidak mengesahkan kesediaan komersial.
Apa Yang Akan Datang
Peningkatan skala adalah ujian seterusnya. Sel makmal dan pemasangan skala grid sangat berbeza dari segi kerumitan kejuruteraan. Elektrod polimer organik kovalen perlu dihasilkan pada isipadu. Kos per kilowatt-jam pada skala tidak diketahui daripada kertas kerja semasa.
Para penyelidik belum mengumumkan rakan kongsi komersial atau projek perintis. Tiada garis masa untuk penggunaan dipaparkan dalam bahan yang diterbitkan. Keputusannya cukup dipercayai untuk ditonton, tetapi terlalu awal untuk dianggap sebagai masalah yang telah diselesaikan.
