Nowa cząsteczka do baterii przepływowych zapewni większą pojemność

Grupa naukowców z KAIST oraz POSTECH opracowała nową cząsteczkę do baterii przepływowych redoks. Badacze mają nadzieję, że odkrycie przyspieszy rozwój tego typu magazynów energii.

Przepływowa bateria to rodzaj magazynu energii, w którym elektrolit jest przechowywany poza elektrodami. Działanie takiej baterii rozpoczyna się od poboru energii elektrycznej (najlepiej z odnawialnego źródła, np. instalacji fotowoltaicznej). Energia ta jest wykorzystywana do pompowania elektrolitu przez baterię. Przepływ elektrolitu przez elektrody generuje ładunek elektryczny, który jest następnie odbierany przez specjalne urządzenie. Później elektrolit powraca do baterii i cykl może zacząć się od początku.

Obecnie kluczowym pierwiastkiem w budowie baterii przepływowych jest wanad. Pełni on funkcję elektrolitu, czyli substancji zdolnej do przewodzenia ładunku elektrycznego. Charakteryzuje się dużą sprawnością energetyczną i pojemnością, jednak nie jest wolny od wad. Jedną z nich jest to, że baterie wanadowe wykorzystują obecnie silnie stężony kwas siarkowy w roli rozpuszczalnika, który powoduje korozję i obniża żywotność baterii.

REKLAMA

Nowa cząsteczka NDI

Z uwagi na duży potencjał baterii przepływowych, wynikający z ich niskiej ceny i dużego bezpieczeństwa, poszukiwane są nowe cząsteczki, które mogłyby zastąpić wanad. Badacze z Zaawansowanego Instytutu Naukowo-Technologicznego w Korei Południowej (Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST) oraz z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Pohang (Pohang University of Science and Technology, POSTECH) opracowali wysoce rozpuszczalną, stabilną cząsteczkę organiczną, aktywną w procesie redoks – do stosowania w wodnych bateriach przepływowych redoks.

Nowo opracowana cząsteczka to diimid naftalenu (NDI), która ma mieć szereg zalet w zestawieniu z wanadem. Cząsteczki NDI były znane już wcześniej, lecz nie poświęcano im zbyt dużej uwagi ze względu na słabą rozpuszczalność w wodzie. Teraz wysiłki badaczy, skoncentrowane na modyfikacji budowy cząsteczki, doprowadziły do uzyskania jej rozpuszczalności w naturalnym pH.

REKLAMA

Lepsza od wanadu

Wśród głównych zalet NDI wymienia się to, że jedna cząsteczka NDI może pomieścić dwa elektrony na cząsteczkę. Oznacza to, że dwa mole elektronów mogą być zmagazynowane w każdym jednym molu użytego roztworu NDI. Tymczasem wanad, który przede wszystkim wymaga wykorzystania stężonego kwasu siarkowego (NDI go nie wymaga), może pomieścić w jednej cząsteczce tylko jeden elektron, co w rezultacie pozwala uzyskać większą pojemność baterii przepływowej przy wykorzystaniu NDI w porównaniu z wanadem.

Kolejnym plusem NDI, jak wskazują naukowcy, jest to, że opracowany związek mógłby być stosowany w neutralnym pH, bez konieczności stosowania dodatkowych środków do zakwaszenia środowiska (np. kwasu siarkowego), co mogłoby doprowadzić do redukcji kosztów, a także wydłużenia cyklu życia samej baterii (brak korozji).

Bateria przepływowa na bazie NDI po 500 cyklach zachowała 98 proc. swojej nominalnej pojemności. Szczegółowy opis swoich badań naukowcy przedstawili w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Advanced Materials”.