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

Materijal za toplinsku izolaciju inspiriran krznom polarnog medvjeda

Znanstvenici se već godinama oduševljavaju kvalitetom krzna polarnog medvjeda te ističu kako bi mogla poslužiti kao inspiracija za izradu materijala koji zadržavaju toplinu. Kineski istraživači nedavno su razvili tvar koja navodno nadmašuje kvalitetu pravog krzna polarnog medvjeda.

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