Et team av kinesiske forskere har publisert detaljer om et vannbasert batteri som de sier kan endre hvordan energi i nettskala lagres. Funnene er publisert i Nature Communications. Batteriet kjørte i 120 000 lade- og utladesykluser i laboratorietesting. Det beholdt mesteparten av kapasiteten sin gjennom hele prosessen. Forskerne beskriver avhendingsprofilen som miljøvennlig.
En nøytral elektrolytt i kjernen
Designet fokuserer på en pH-nøytral elektrolytt bygget av magnesium- og kalsiumsalter. Dette er et avvik fra standard vandig batterikjemi, som ofte er avhengig av sterkt sure eller alkaliske løsninger. Disse løsningene korroderer elektroder og brytes ned over tid. Den nøytrale tilnærmingen unngår begge problemene. Elektrolytten har en pH på 7, nær den i rent vann.
Å koble elektrolytten med riktig elektrodemateriale var den sentrale utfordringen. Teamet utviklet en kovalent organisk polymerelektrode konstruert for å være vert for magnesium- og kalsiumioner. Polymeren bruker en stiv, bikakelignende molekylstruktur. Denne strukturen stabiliserer den aktive forbindelsen mot nedbrytning i vannbasert kjemi. I testing leverte cellen en spesifikk kapasitet på 112.8 milliampere-timer per gram.
Påstander om lang levetid og hva de betyr
Forskerne hevder at batteriets levetid kan vare i århundrer med daglige syklusrater. Live Science rapporterte at påstanden varte til det 24. århundre. Dette tallet krever kontekst. Syklustellinger i laboratoriet oversettes ikke alltid direkte til virkelige forhold. Temperaturvariasjoner, belastningsvariasjoner og fysisk stress i feltinstallasjoner introduserer alle variabler som laboratorietesting ikke fullt ut gjenskaper.
Tallet på 120 000 sykluser er i seg selv et bemerkelsesverdig resultat. De fleste kommersielle litiumionbatterier brytes betydelig ned etter 2,000 til 4,000 sykluser. Selv nettfokuserte litiumjernfosfatceller opererer vanligvis innenfor et område på 3,000 til 6,000 sykluser før det oppstår et betydelig kapasitetstap. Forskjellen mellom disse tallene og 120 000 er stor. Uavhengig verifisering av resultatet er ennå ikke publisert.
Påstanden om avhending fortjener også oppmerksomhet. Forfatterne beskriver elektrolyttkjemien som trygg nok for direkte miljøavhending. Det er en sterk påstand. Regelverk i Storbritannia, USA og EU setter strenge terskler for batteriavhending. Hvorvidt denne kjemikalien oppfyller disse terskelverdiene i praksis, vil kreve uavhengig miljøtesting.
Der vandige batterier har slitt
Vannbaserte batterier har vakt jevn interesse fra utviklere av nettlagring. De tar ikke fyr. De kan være billigere å produsere enn litiumionsystemer. Vannbaserte elektrolytter er allment tilgjengelige og enkle å håndtere.
Avveiningene har imidlertid vært reelle. Energitettheten i vandige systemer er lavere enn i litiumionalternativer. Elektrodekorrosjon har forkortet levetiden i mange design. Oversiktslitteratur publisert i Energy Storage Materials har dokumentert disse begrensningene i detalj. De har begrenset kommersiell opptak selv om etterspørselen etter nettlagring øker.
Den nye designen forsøker å redusere disse avveiningene. Den nøytrale elektrolytten adresserer korrosjon direkte. Polymerelektroden adresserer degradering. Hvorvidt kombinasjonen holder i stor skala, på tvers av temperaturområder og i reelle nettmiljøer er et spørsmål den publiserte artikkelen ennå ikke besvarer.
Etterspørsel etter nettlagring og den bredere konteksten
Batterilagring i nettskala har blitt en prioritet i planleggingen av ren energi. Det internasjonale energibyrået har gjentatte ganger pekt på lagringskapasitet som en bindende begrensning for integrering av fornybar energi. Vind- og solenergiproduksjon er intermitterende. Lagring jevner ut denne intermittensen. Litiumion dominerer nåværende installasjoner, men bekymringer rundt forsyningskjeden, råvarekostnader og brannrisiko har holdt interessen for alternativer levende.
Vannbaserte systemer, strømningsbatterier og trykkluftlagring har alle tiltrukket seg investerings- og forskningsoppmerksomhet. Hver av dem har forskjellige kostnads- og ytelsesprofiler. Et batteri som leverer svært lang levetid med lav miljørisiko, ville løse to av de mest vedvarende kommersielle bekymringene i sektoren.
Det kinesiske teamets arbeid er i en tidlig fase. Publikasjonen i Nature Communications indikerer at metodikken har bestått ekspertvurdering. Den bekrefter ikke kommersiell klarhet.
Hva kommer så
Oppskalering er den neste testen. Laboratorieceller og installasjoner i nettskala varierer enormt i teknisk kompleksitet. Den kovalente organiske polymerelektroden må produseres i volum. Kostnaden per kilowattime i stor skala er ukjent fra den nåværende artikkelen.
Forskerne har ikke annonsert en kommersiell partner eller et pilotprosjekt. Ingen tidslinje for utrulling vises i det publiserte materialet. Resultatene er troverdige nok til å følge med på, men det er for tidlig å behandle dem som et løst problem.
