Průtoková baterie jako řešení nestálé výroby elektřiny z OZE? Vědci ze Stanfordu jsou o krok blíž

Technologie průtokových baterií je již delší dobu považována za vhodného kandidáta pro uchování elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Až dosud byly ale druhy kapalin používané v bateriích buď toxické a drahé chemikálie, které vyžadovaly vysoké teploty pro provoz, nebo byly limitované množstvím elektrické energie, které mohly dodat. Vědci ze Stanfordovy univerzity stojí za vývojem nové průtokové baterie s kombinací materiálů, která je schopna uchovat velké množství elektrické energie. S následujícím vývojem by tato technologie mohla rychle dodávat elektřinu do elektrické sítě, být cenově dostupná a to při provozu za „pokojových“ teplot.

Stanfordští vědci se rozhodli pro tyto účely vyzkoušet pro kapalinu záporné elektrody sodík a draslík (Na-K), jejichž mix tvoří za „pokojové“ teploty tekutý kov. Teoreticky může tento mix uchovat 10x více energie na jednotku hmotnosti než jiné kombinace prvků, které jsou k tomuto účelu běžně využívány.

„Pořád máme před sebou spoustu práce, ale toto je nový typ průtokové baterie, který by mohl za přijatelnou cenu umožnit vyšší využití solární a větrné energie pomocí materiálů hojně dostupných na zemi,“ uvedl Antonio Baclig, doktorand podílející se na výzkumu.

Použitá membrána zvýšila napětí baterie

K oddělení záporné a kladné elektrody využili vědci vhodnou keramickou membránu vyrobenou z draslíku a oxidu hliníku. Využití této membrány a směsi Na-K více než zdvojnásobilo napětí oproti konvenčním průtokovým bateriím a prototyp zůstal stabilní i po několika tisících hodinách provozu. Vyšší napětí znamená, že baterie může uchovat více elektrické energie, a to se odráží i v nákladech na výrobu, které tak budou nižší. Konvenční průtokové baterie mají kapaliny v obou elektrodách a dosahují napětí zhruba 1,5 V. Tým, který stojí za tímto objevem, uvádí dosažené napětí mezi 3,1 – 3,4 V.

„Na nové technologie baterií je kladeno několik nároků, které se musí splnit: náklady, výkonnost, rozměry, životnost, bezpečnost a tak dále. Myslíme si, že tato technologie má možnost, při dalším rozvoji, všechny tyto nároky splnit a z toho jsme nadšení,“ dodává Antonio Baclig.

Tým ze Stanfordské university zjistil, že keramická membrána zabraňuje migraci sodíku na kladnou stranu baterie, což je klíčový faktor, pokud má membrána vyhovovat účelu. Nicméně tento druh membrán je nejúčinnější při teplotách vyšších než 200 stupňů Celsia. S cílem dosáhnout baterie s „pokojovou“ provozní teplotou vyzkoušela skupina výzkumníků tenčí membránu. Tento krok zvýšil výkon baterie na výstupu a ukázal, že zlepšení konstrukce membrány je tou správnou cestou.

Bezpečnost baterie

Bez ohledu na výkonnost je bezpečnost stěžejním požadavkem při konstrukci baterií. Je mnoho způsobů, jak dosáhnout bezpečné konstrukce průtokové baterie na bázi Na-K. Může být zajištěna například izolací od vzduchu nebo tlakovými ventily. Je nutno poznamenat, že teprve nedávno byl prozkoumán mechanismus reakce Na-K a vody, což by mohlo vést k novým cestám zajištění bezpečnosti provozu baterie. Bylo zjištěno, že přidáním malého množství surfaktantu do vody je dosaženo značného snížení míry reakce a tedy zvýšení bezpečnosti.

Zdroj úvodního obrázku: phys.org