Inženjeri pronašli jeftiniju i bezbedniju zamenu za litijumske baterije

Baterije od aluminijuma i sumpora mogle bi da zamene skupe litijum-jonske baterije. Tri osnovna sastojka baterije čine jeftini i lako dostupni materijali koji ne zavise od globalnog lanca snabdevanja litijumom i retkim metalima, otkrili su inženjeri sa prestižnog Masačusetskog tehnološkog instituta – MIT (Massachusetts Institute of Technology).

Istraživači na MIT-u su sa saradnicima razvili arhitekturu baterije čiji su elementi napravljeni u potpunosti od dostupnih i jeftinih materijala: alumijiuma, sumpora i soli. Nova tehnologija bi mogla pomoći da se premosti jaz koji je nastao prodorom energije iz obnovljivih izvora s jedne, i visokim cenama litijum-jonskih baterija s druge strane.

Prema modelu energetske tranzicije, širom sveta se grade sve veće vetroelektrane i solarni parkovi. Samim tim i potreba za ekonomičnim sistemima skladištenja energije ubrzano raste, kako bi se obezbedilo snabdevanje kada struja iz sunca i vetra nije dostupna.

Litijum-jonske baterije su u većini slučajeva preskupe za masovno skadištenje energije zbog velikih troškova u lancu snabdevanja retkim materijalima. Litijum je postao deficitaran, jer je potražnja naglo porasla.

Nova arhitektura baterije je bolja od litijum-jonskih baterija za malo stacionarno skladištenje i za električne automobile

Nova arhitektura baterije je bolja od litijum-jonskih baterija za malo stacionarno skladištenje, a takođe i za električne automobile, navodi se u rezultatima novog istraživanju koja su objavljena u časopisu Nature.

Moguća alternativa litijumu

Eksploatacija litijuma predstavlja potencijalno veliku opasnost po životnu sredinu, bez obzira na koji način se dobija, da li iz slanih pustinja, iz geotermalnih voda ili rudarenjem.

Nova tehnologija ima sve potrebne uslove za jeftinu, punjivu bateriju koja se može reciklirati i koja nije zapaljiva.

Soli koje se koriste kao elektrolit imaju nisku tačku topljenja, i mogu da rade na umereno povišenim temperaturama, neposredno iznad tačke ključanja vode, pa je opasnost da se baterija zapali mala, navode istraživači sa bostonskog instituta MIT.

Cena aluminijum-sumporne baterije će biti šest puta manja nego za litijum-jonske

Ova tehnologija je u razvojnoj fazi pa ovakve aluminijum-sumporne baterije nisu još uvek komercijalno isplative. Troškovi proizvodnje su presudno važni za skalabilnost iliti omasovljavanje nove tehnologije. Inženjeri predviđaju da će cena ovakve aluminijum-sumporne baterije biti oko 8.99 dolara po kWh, što je manje od jedne šestine trenutne cene litijum-jonskih baterija.

Usavršavanje nove tehnologije

U časopisu Nature objavljeni su i detalji o novom dizajnu baterije zasnovanom na jonima aluminijuma.

Aluminijumske baterije, kao i sve druge baterije sa metalnom negativnom elektrodom, su komercijalno privlačne zbog velike gustine energije, jeftinih materijala, i jedonostavnosti konstrukcije. Ipak, one do sada nisu našle veću primenu. Istraživači koji su radili na ovome projektu tvrde da su rešili glavni problem ovakvih sistema – rizik od nastanka dendrita. Dendriti su razgranati nano-kristali koji, poput korova, rastu na površini elektrode i dovode do kratkog spoja i “smrti” baterije.

Prototip ima kapacitet sličan konvencionalnim litijum-jonskim baterijama, ali može da se napuni za nekoliko minuta.

Prototip baterije ima kapacitet kao litijum-jonske baterije, ali može da se napuni za nekoliko minuta

Elektrode su od aluminijuma i sumpora, sa rastopljenim elektrolitom soli između. Koriste se soli koje imaju relativno niske tačke topljenja.

Potrebno je da baterija radi blizu tačke ključanja vode kako bi se omogućilo jonima aluminijuma da se kreću kroz elektrolit rastopljene soli, koji prenosi jone između elektroda.

Istraživanje je sproveo profesor Donald Sadoway, profesor na MIT-u, zajedno sa 15 istraživača sa ovog instituta i naučnicima iz Kine, Kanade i Sjedinjenih Država.

Veća bezbednost baterije

Aluminijum je najzastupljeniji metal na Zemlji i drugi po zastupljenosti na tržištu, dok je sumpor najjeftiniji od svih nemetala.

Za elektrolit je odabrana hloro-aluminatna so, čija je prednost niska tačke topljenja. Toplota se oslobađa pri elektrohemijskom punjenju i pražnjenju baterije.

Tim istraživača je izbegao da koristi isparljive i lako zapaljive organske tečnosti, koje mogu da dovedu do požara u automobilima i drugde, kao što je slučaj u primeni litijum-jonskih baterija, napomenuo je Sadoway. On ističe da je namera da se naprave baterije koje ne zahtevaju posebne mere izolacije i antikorozije.

Ono što je posebno važno je da se ove baterije relativno lako recikliraju.

Nova arhitektura baterije bolja od litijumske

Većina električnih vozila danas koristi litijum-jonske baterije, u kojima je jedna od dve elektrode napravljena od grafita. Grafit dominira tržištem jer je jeftin i može da skladišti dovoljno jona litijuma da bi se automobilima omogućio domet od oko 500 kilometara, navodi časopis Science.

Međutim, grafitne anode je veoma teško brzo napuniti. Većina punjača koristi standardni kućni napon. Punjačima je potrebno 10 ili više sati da potpuno napune litijum-jonsku bateriju električnog automobila. Ako pritom dođe do oštećenja, litijum-jonske ćelije mogu da se zapale.

Sadoway kaže da su na s novom tehnologijom za baterije rađeni eksperimenti pri veoma visokim brzinama punjenja, manjim od jednog minuta, a da nikada nije došlo do gubitka ćelija zbog kratkog spoja.

Baterije mogu da izdrže stotine ciklusa pri izuzetno visokim brzinama punjenja

Tim istraživača je pokazao u eksperimentima da ove baterije mogu da izdrže stotine ciklusa pri izuzetno visokim brzinama punjenja. Baterija je bezbedna, jer ne može da gori, ističe profesor.

Primena i patent tehnologije

Nova baterija je idealna za napajanje jednog domaćinstva ili malog ili srednjeg preduzeća, sa skladišnim kapacitetima od nekoliko desetina kilovat-sati.

U manjem obimu, ove baterije mogu da budu praktične i kao stanice za punjenje električnih vozila. Mogle bi da zamene skuplje električne vodove za opsluživanje punjača za električna vozila.

Tehnologiju je patentirala spinof kompanija Avanti, koju je Sadoway osnovao sa kolegom sa MIT-a. Prvi zadatak kompanije je da pokaže da ova tehnologija može da se omasovi, a zatim da podvrgne bateriju nizu analiza testova na stres i dodatno ispita cikluse punjenja.

Za veće kapacitete bi efikasnija mogla biti druga rešenja, poput natrijum-jonskih ili baterija sa tečnim metalom, koje su Sadoway i njegovi studenti razvili pre nekoliko godina. Tu tehnologiju je patentirala spinof kompanija Ambri, koja očekuje da će isporučiti svoje prve proizvode sledeće godine.