Veliki iskorak u budućem skladištenju energije

Do rješenja glavnog nedostatka električnih vozila upotrebom novih 2D katalizatora

Istraživanje američkih znanstvenika pokazuje da litij-zračne baterije ugradnjom naprednih katalizatora napravljenih od dvodimenzionalnih (2D) materijala mogu biti još učinkovitije i pohraniti do 10 puta više energije u odnosu na baterije koje sadrže tradicionalne katalizatore.

Litij-zračne baterije (s metal-zrak elektrokemijskom ćelijom) postat će sljedeća revolucionarna zamjena za trenutno korištene litij-ionske baterije koje pokreću električna vozila, mobitele i računala, navodi se u novoj studiji provedenoj na Sveučilištu Illinois u Chicagu (UIC) i objavljenoj u znanstvenom časopisu Advanced Materials.

Litij-zračne baterije, koje su još uvijek u eksperimentalnim fazama razvoja, mogu pohraniti 10 puta više energije od litij-ionskih baterija i mnogo su lakše, a ugradnjom naprednih katalizatora napravljenih od dvodimenzionalnih (2D) materijala mogle bi biti još učinkovitije i pohraniti još više električne energije. Naime, katalizatori pomažu povećati brzinu kemijskih reakcija unutar baterija, a ovisno o vrsti materijala od kojeg su izrađeni, mogu značajno povećati sposobnost baterije da zadrži i osigura energiju.

„Trebat će nam baterija vrlo visoke gustoće energije za napajanje svih novih naprednih tehnologija ugrađenih u telefone, prijenosna računala i posebice električna vozila“, rekao je Amin Salehi-Khojin, izvanredni profesor strojarstva i industrijskog inženjerstva na Inženjerskom koledžu UIC-a, a ujedno i korespondencijski autor članka.

Salehi-Khojin i njegovi kolege sintetizirali su nekoliko 2D materijala koji mogu poslužiti kao katalizatori, a većina od tih materijala, prilikom inkorporacije u eksperimentalne litij-zračne baterije, omogućila je pohranu 10 puta više energije nego litij-zračne baterije koje sadrže tradicionalne katalizatore.

„Trenutno, električna vozila imaju prosječan domet od oko 160 kilometara po punjenju, ali s ugradnjom 2D katalizatora u litij-zračne baterije, mogli bismo ostvariti prelazak od oko 644-805 kilometara po punjenju, što bi bio veliki iskorak u skladištenju energije“, izjavio je Salehi-Khojin.

Znanstvenici su sintetizirali ukupno 15 različitih tipova 2D dihalkogenida prijelaznih metala (TMDC) i eksperimentalno proučavali njihov učinak kao katalizatora u elektrokemijskom sustavu koji oponaša litij-zračnu bateriju. TMDC su jedinstveni spojevi sa svojstvima visoke električne vodljivosti i brzog prijenosa elektrona koji se mogu koristiti za sudjelovanje u reakcijama s drugim materijalima, kao što su reakcije koje se događaju unutar baterija tijekom punjenja i pražnjenja.

„Korišteni u 2D obliku, TMDC spojevi imaju mnogo bolja elektronička svojstva i veću reaktivnu površinu za sudjelovanje u elektrokemijskim reakcijama unutar baterije, pri čemu njihova struktura ostaje stabilna“, objasnila je Leily Majidi, studentica poslijediplomskog studija na UIC-u i prvi autor studije. „Stope reakcija dobivene upotrebom novosintetiziranih materijala su mnogo veće u usporedbi s konvencionalno korištenim katalizatorima kao što su zlato ili platina.“

Korišteni kao katalizatori, novosintetizirani 2D TMDC su bifunkcionalni te ubrzavaju obje reakcije – i punjenja i pražnjenja koje se odvijaju u litij-zračnim baterijama. 2D materijali također sinergiziraju s elektrolitom, materijalom kroz koji se kreću ioni tijekom punjenja i pražnjenja.

„Korišteni 2D TMDC i tekući ionski elektrolit djeluju kao ko-katalizatorski sustav koji omogućuje brži prijenos elektrona, što dovodi do bržeg punjenja i učinkovitijeg skladištenja i pražnjenja energije“, rekao je Salehi-Khojin. „Razvoj ovakvih novih materijala podiže baterije na sljedeću razinu, a jedino što nam preostaje jest razviti načine da ih proizvodimo i podešavamo učinkovitije te u većim mjerilima.“

 Klara Perović / Ekovjesnik

 

VEZANE VIJESTI

Brz razvoj baterija pomaže u borbi protiv klimatskih promjena

Skladištenje električne energije je industrijski sektor koji se danas najbrže širi i najviše napreduje, a brz razvoj baterija itekako pridonosi smanjenju potreba za fosilnim gorivima. Kombinacijom obnovljivih izvora i tehnologija pohrane električne energije postiže se učinkovitija, jeftinija i ekološki prihvatljiva proizvodnja, ali i distribucija.

Nova vrsta desalinacijske membrane uz pitku vodu daje i izdvojene litijeve ione

Desalinacija morske vode već je desetljećima dobro poznat proces dobivanja pitke vode iz mora široke primjene. Glavni nedostatak ovakvog procesa s trenutno korištenim membranama je prevelik utrošak energije uslijed postizanja potrebnih visokih tlakova. No australski i američki znanstvenici na tragu su rješenja toga problema osmišljanjem membrane drugačijeg materijala i dizajna.  Tako osmišljena membrana uz primarni produkt-pitku vodu, sakuplja i vrijedne litijeve ione.   

PRIJAVITE SE NA NEWSLETTER