Koreai tudósok olcsóbb és biztonságosabb vizes akkumulátort fejlesztenek a lítium-ion aksik helyett

Egy innovatív technológia lehetővé teszi a hidrogéngáz biztonságos átalakítását vízzé, növelve ezzel az akkumulátorok biztonságát. Ez az előrelépés megnyitja az utat a megfizethetőbb és biztonságosabb vizes alapú újratölthető akkumulátorok kereskedelmi forgalomba hozatala előtt.

Idén nyáron is a Földön szélsőséges időjárási viszonyok uralkodnak, beleértve a súlyos hőhullámokat és az intenzív esőzéseket. A megújuló energiaforrások bevezetésének és a kapcsolódó infrastruktúra fejlesztésének sürgető szükségessége most kritikusabb, mint valaha. Ugyanis ez lehet ezekben a kihívásokkal teli időkben a bolygónk megóvásának stratégiája. Ez a megközelítés azonban jelentős kihívásokkal néz szembe a megújuló energiaforrásokból származó villamosenergia-termelés kiszámíthatatlan jellege miatt. A technológia ugyanis olyan bizonytalan változókra támaszkodik, mint a változó időjárási körülmények.

Emiatt egyre nagyobb az igény az energiatároló rendszerek (ESS – energy storage systems) iránt, amelyek képesek hosszabb ideig tárolni és szükség szerint szolgáltatni a villamos energiát. De a jelenleg az akkumulátorokban alkalmazott lítium-ion akkumulátorok (LIB) nemcsak rendkívül drágák, hanem tűzveszélyesek is. Ezért sürgősen szükség van olcsóbb és biztonságosabb alternatívák kifejlesztésére.

Fejlődés a vizes újratölthető akkumulátorok terén

A Koreai Tudományos és Technológiai Intézet (KIST – Korea Institute of Science and Technology) Energiatárolási Kutatóközpontjának Dr. Oh Si Hyoung vezette kutatócsoportja egy rendkívül biztonságos vizes újratölthető akkumulátort fejlesztett ki. Ezt relatíve alacsony költségek mellett lehet gyártani, és biztonságosan lehet üzemeltetni. Az elérhető alacsonyabb energiasűrűség ellenére a vizes újratölthető akkumulátorok jelentős gazdasági előnnyel rendelkeznek, mivel a nyersanyagköltségek sokkal alacsonyabbak, mint a lítium-ionos akkumulátoroké.

Az akkumulátor-technológia biztonsági kihívásainak leküzdése

A víz bomlásából keletkező hidrogéngáz a belső nyomás fokozatos emelkedését és végül az elektrolit kimerülését okozza. Ez jelentős veszélyt jelent az akkumulátor biztonságára, ami megnehezíti a kereskedelmi forgalomba hozatalt.

Eddig a kutatók gyakran próbálták megkerülni ezt a problémát egy olyan felületi védőréteg beépítésével, amely minimalizálja a fém anód és az elektrolit közötti érintkezési felületet. A fém anód korróziója és az elektrolitban lévő víz ezzel járó bomlása azonban a legtöbb esetben elkerülhetetlen, és a hidrogéngáz szüntelen felhalmozódása hosszú távú működés esetén potenciális detonációt okozhat.

E kritikus probléma megoldására a kutatócsoport egy mangán-dioxidból és palládiumból álló kompozit katalizátort fejlesztett ki. Ez képes a cellában keletkező hidrogéngázt automatikusan vízzé alakítani, így biztosítva a cella állandó teljesítményét, tartósságát és biztonságát egyaránt.

A mangán-dioxid normál körülmények között nem lép reakcióba a hidrogéngázzal. De ha kis mennyiségű palládiumot adunk hozzá, a hidrogén könnyen elnyelődik a katalizátorok által, és vízzé regenerálódik. Az újonnan kifejlesztett katalizátorokkal feltöltött prototípus cellában a cella belső nyomását jóval a biztonsági határérték alatt tartották, és nem észleltek elektrolitcsökkenést.

Az energiatárolás jövőjére vonatkozó következmények

E kutatás eredményei alapján hatékonyan megoldható a vizes akkumulátorok egyik legaggasztóbb biztonsági kérdése. Emellett jelentős előrelépést jelentenek az akkumulátorok jövőbeli kereskedelmi alkalmazása felé. A mostani lítium-ionos akkumulátorok olcsóbb és biztonságosabb vizes akkumulátorokkal való helyettesítése akár az ESS globális piacának gyors növekedését is elindíthatja.

“Ez a technológia a vizes újratölthető akkumulátorok testre szabott biztonsági stratégiájára vonatkozik, amely a beépített aktív biztonsági mechanizmuson alapul, és amelynek révén a kockázati tényezők automatikusan szabályozhatók.” – foglalta össze a felfedezést Dr. Oh, Si Hyoung a KIST-től. “Ezenkívül a közbiztonság védelme érdekében ez a technológia alkalmazható olyan ipari létesítményekben is, ahol a hidrogéngáz-szivárgás az egyik fő biztonsági probléma (például hidrogéngáz-állomás, atomerőmű stb.).”