Inginerii au proiectat o baterie ieftină realizată din materiale care se găsesc din abundență, care ar putea oferi stocare de rezervă la costuri reduse pentru sursele de energie regenerabilă. Mai puțin costisitoare decât tehnologia bateriei cu litiu-ion, noua baterie folosește aluminiu și sulf pentru electrozi, iar între ei – un electrolit de sare topită.
Pe măsură ce lumea construiește instalații din ce în ce mai mari de sisteme de energie eoliană și solară, nevoia crește rapid pentru sisteme de rezervă economice, la scară largă, pentru a furniza energie atunci când soarele apune și aerul este calm. Bateriile litiu-ion din ziua de azi sunt încă prea scumpe pentru majoritatea acestor aplicații, iar alte opțiuni nu sunt întotdeauna disponibile.
Acum, cercetătorii de la MIT și din alte părți au dezvoltat un nou tip de baterie, realizată în întregime din materiale abundente și ieftine, care ar putea ajuta la umplerea acestui gol, potrivit ScienceDaily.
Noua arhitectură a bateriei, care folosește aluminiu și sulf ca electrozi, cu un electrolit de sare topită între ele, este descrisă în revista Nature, într-o lucrare a profesorului MIT Donald Sadoway, împreună cu alți 15 de la MIT și din China. Canada, Kentucky și Tennessee.
„Am vrut să inventez ceva care să fie mai bun, mult mai bun decât bateriile litiu-ion pentru depozitarea staționară la scară mică și, în cele din urmă, pentru [utilizări] auto”, explică Sadoway, care este profesor emerit de chimie a materialelor.
Pe lângă faptul că sunt scumpe, bateriile litiu-ion conțin un electrolit inflamabil, ceea ce le face mai puțin ideale pentru transport. Deci, Sadoway a început să studieze tabelul periodic, căutând metale ieftine, abundente pe Pământ, care ar putea fi capabile să înlocuiască litiul. Metalul dominant comercial, fierul, nu are proprietățile electrochimice potrivite pentru o baterie eficientă, spune el. Dar al doilea cel mai abundent metal de pe piață – și de fapt cel mai abundent metal de pe Pământ – este aluminiul. Deci acesta a fost ales.
Apoi a venit întrebarea cu privire la celălalt electrod și la electrolitul care să transporte ionii înainte și înapoi în timpul încărcării și descărcării. Cel mai ieftin dintre toate nemetalele este sulful, astfel încât acesta a devenit al doilea material pentru electrod. În ceea ce privește electrolitul, „nu aveam de gând să folosim lichidele organice volatile, inflamabile”, care uneori au condus la incendii periculoase în mașini și alte aplicații ale bateriilor litiu-ion, spune Sadoway. Au încercat niște polimeri, dar au ajuns să se uite la o varietate de săruri topite care au puncte de topire relativ scăzute – aproape de punctul de fierbere al apei, spre deosebire de aproape 1.000 de grade Fahrenheit pentru multe săruri.
Cele trei ingrediente cu care au ajuns sunt ieftine și ușor disponibile – aluminiu, nu diferă de folia de la supermarket; sulful, care este adesea un produs rezidual din procese precum rafinarea petrolului; și săruri disponibile pe scară largă.
În experimentele lor, echipa a arătat că celulele bateriei ar putea rezista sute de cicluri la rate de încărcare excepțional de ridicate, cu un cost estimat pe celulă de aproximativ o șesime față de cel al celulelor litiu-ion comparabile. Ei au arătat că rata de încărcare depinde foarte mult de temperatura de lucru, 110 grade Celsius (230 grade Fahrenheit) arătând rate de 25 de ori mai rapide decât 25 C (77 F).
În mod surprinzător, sarea topită pe care echipa a ales-o ca electrolit pur și simplu din cauza punctului său de topire scăzut s-a dovedit a avea un avantaj. Una dintre cele mai mari probleme în ceea ce privește fiabilitatea bateriei este formarea dendritelor, care sunt vârfuri înguste de metal care se acumulează pe un electrod și în cele din urmă cresc până la contact cu celălalt electrod, provocând un scurtcircuit și împiedicând eficiența. Dar această sare specială este foarte bună pentru a preveni această defecțiune.
În plus, bateria nu necesită nicio sursă de căldură externă pentru a-și menține temperatura de funcționare. Căldura este produsă în mod natural electrochimic prin încărcarea și descărcarea bateriei. „Pe măsură ce încărcați, generați căldură și asta împiedică sarea să înghețe. Și apoi, atunci când descărcați, generează și căldură”, spune Sadoway. Într-o instalație tipică utilizată pentru nivelarea sarcinii la o instalație de generare solară, de exemplu, „ai stoca energie electrică când soarele strălucește, apoi ai alimenta electricitate după întuneric și ai face asta în fiecare zi. Și acea încărcare-reactiv-descărcare-reactiv este suficient pentru a genera suficientă căldură pentru a menține temperatura.”
Această nouă formulă de baterie, spune el, ar fi ideală pentru instalații de aproximativ dimensiunea necesară pentru alimentarea unei singure locuințe sau a unei afaceri mici până la mijlocii, producând de ordinul a câteva zeci de kilowați-oră de capacitate de stocare.
Pentru instalații mai mari, până la o scară de utilitate de la zeci până la sute de megawați oră, alte tehnologii ar putea fi mai eficiente.
Citește și: Germania a inaugurat prima linie feroviară ce funcționează în întregime cu hidrogen din lume
