Nowy akumulator zwiększy wydajność sieci energetycznych

fot. Colin Wessells, Stanford University

Naukowcy z USA opracowali nowy typ taniej baterii stabilizującej sieć energetyczną. Jest ona tańsza i pracuje dłużej niż używane obecnie akumulatory – poinformował magazyn Technology Review.  

Baterie i akumulatory sieciowe są niezbędne do stabilizacji parametrów prądu w sieciach energetycznych. Łatwo pracujące w cyklu ładowań i rozładowań, wspomagają one sieć w okresach wzmożonego zapotrzebowania na moc lub odwrotnie – kiedy podaż mocy przekracza popyt na nią.

Baterie tego typu muszą przystosowywać się łatwo do różnych źródeł energii o różnych parametrach jak „czarna” z elektrowni na paliwa kopalne, czy „zielona” z baterii słonecznych i turbin wiatrowych. Jak do tej pory używane są w tym celu niemal wyłącznie baterie przepływowe – inne technologie są zbyt drogie lub niepraktyczne.

Naukowcy ze Stanford University opracowali jednak baterie nowego typu oparte na nanomateriałach. Zastosowano je w elektrodach, umożliwiając konstrukcję baterii, która wytrzymuje 40 tys. cykli ładowania-rozładowania zachowując 83% pojemności nominalnej. W przypadku klasycznej baterii litowo-jonowej, pojemność zaczyna spadać już po 1 tys. cykli.

Baterie, skonstruowane przez zespół pod kierownictwem prof. inżynierii Yi Cui, działają podobnie jak tradycyjne baterie litowo-jonowe; ładunek w cyklu ładowania i rozładowania wytwarzają przenoszące się między elektrodami jony sodu lub potasu. Tańszy jest elektrolit oparty na bazie roztworu wodnego azotanu potasu, nie zaś jak w bateriach litowo-jonowych – na bazie rozpuszczalnika organicznego.

Nowa jest także konstrukcja katod. Zespół wytworzył ze z żelaza i miedzi. Płyty wytworzone z połączenia tych dwóch metali, stanowiące szkielet elektrody pokryto płaszczem nanokryształów węgla. Następnie na stworzone w ten sposób elektrody podziałano mieszaniną związków cyjanku i barwnika – pruskiego błękitu, tak, aby wypełniła ona pory w nanokrystalicznym „płaszczu” katod. Tak skonstruowane elektrody zachowują w czasie cykli rozładowania-ładowania 99% wydajność energetyczną.

Obecnie katody tego typu wymagają jeszcze prac nad zwiększeniem ich pojemności – obecnie wynosi ona 60 miliaamperogodzin na gram, podczas gdy elektrody baterii energetycznych osiągają 100 miliamperogodzin na gram. Zespół Yi Cui pracuje ponadto nad anodą o nowej konstrukcji, która umożliwi dalsze zwiększenie pojemności baterii. Jak twierdza analitycy branży energetycznej, tego typu baterie zdecydowanie zmniejszą koszty i zarazem zwiększą wydajność nawet małych sieci energetycznych. Nowe baterie bowiem pracują dłużej i są tańsze niż dotąd używane akumulatory.

PAP - Nauka w Polsce