Литий-ионные аккумуляторы сегодня распространены повсеместно, но это не значит, что они являются лучшим решением для всех областей применения. Техническому университету Вены удалось разработать кислородно-ионную батарею, обладающую некоторыми важными преимуществами. Хотя он не обеспечивает такой высокой плотности энергии, как литий-ионный аккумулятор, его емкость не уменьшается безвозвратно с течением времени: он может быть регенерирован и, таким образом, может обеспечить чрезвычайно долгий срок службы.
Кроме того, кислородно-ионные аккумуляторы могут изготавливаться без редких элементов и из негорючих материалов. Заявка на патент на новую идею батареи уже подана совместно с партнерами по сотрудничеству из Испании. Кислородно-ионная батарея может стать отличным решением для больших систем накопления энергии, например, для хранения электроэнергии из возобновляемых источников.
Керамические материалы как новое решение
«У нас уже давно есть большой опыт работы с керамическими материалами , которые можно использовать для топливных элементов», — говорит Александр Шмид из Института химических технологий и аналитики Технического университета Вены. «Это натолкнуло нас на мысль изучить, могут ли такие материалы также подойти для изготовления батареи».
Керамические материалы, которые изучала команда TU Wien, могут поглощать и выделять дважды отрицательно заряженные ионы кислорода. Когда прикладывается электрическое напряжение, ионы кислорода мигрируют из одного керамического материала в другой, после чего их можно заставить снова мигрировать обратно, таким образом генерируя электрический ток .
«Основной принцип на самом деле очень похож на литий-ионный аккумулятор », — говорит профессор Юрген Флейг. «Но у наших материалов есть несколько важных преимуществ». Керамика негорючая, поэтому пожары, которые время от времени случаются с литий-ионными батареями, практически исключены. Кроме того, нет необходимости в редких элементах, которые дороги или могут быть извлечены только экологически вредным способом.
«В этом отношении использование керамических материалов является большим преимуществом, поскольку их можно очень хорошо адаптировать», — говорит Тобиас Хубер. «Вы можете относительно легко заменить некоторые элементы, которые трудно получить, другими». В прототипе батареи по-прежнему используется лантан — элемент не то чтобы редкий, но и не совсем распространенный. Но даже лантан нужно заменить чем-то более дешевым, и исследования в этом направлении уже ведутся. Кобальт или никель, которые используются во многих батареях, не используются вообще.
Высокая продолжительность жизни
Но, пожалуй, самым важным преимуществом новой аккумуляторной технологии является ее потенциальная долговечность: «Во многих батареях есть проблема, заключающаяся в том, что в какой-то момент носители заряда перестают двигаться », — говорит Александр Шмид. «Затем их больше нельзя использовать для выработки электроэнергии, емкость батареи снижается. После многих циклов зарядки это может стать серьезной проблемой».
Однако кислородно-ионный аккумулятор можно без проблем регенерировать: если кислород теряется из-за побочных реакций, то эту потерю можно просто компенсировать кислородом из окружающего воздуха.
Новая концепция аккумуляторов не предназначена для смартфонов или электромобилей, потому что кислородно-ионный аккумулятор обеспечивает лишь около трети плотности энергии, к которой привыкли литий-ионные аккумуляторы, и работает при температуре от 200 до 400 °C. Однако эта технология чрезвычайно интересна для хранения энергии.
«Если вам нужен большой энергоаккумулятор для временного хранения , например, солнечной или ветровой энергии , кислородно-ионная батарея может стать отличным решением», — говорит Александр Шмид. «Если строить целое здание, заполненное модулями хранения энергии, то меньшая плотность энергии и повышенная рабочая температура не играют решающей роли. Но здесь особенно важны сильные стороны нашей батареи: длительный срок службы, возможность производить большие количество этих материалов без редких элементов, и тот факт, что эти батареи не пожароопасны».
Теги: батарея
