Κίνα και ΗΠΑ φέρνουν την επανάσταση στις μπαταρίες – Βάζουν τέλος στο εκρηκτικό λίθιο

Νέες τεχνολογίες μπαταριών που αναπτύσσονται σε εργαστήρια της Κίνας, του Χονγκ Κονγκ και των Ηνωμένων Πολιτειών υπόσχονται ασφαλέστερη και πιο βιώσιμη αποθήκευση ενέργειας. Σύμφωνα με δημοσιεύσεις της εβδομάδας σε κορυφαία επιστημονικά περιοδικά, οι ερευνητές παρουσιάζουν σχεδιασμούς που βασίζονται σε ανθεκτικά υλικά και μη εύφλεκτους ηλεκτρολύτες, υπερβαίνοντας τους περιορισμούς των κλασικών μπαταριών ιόντων λιθίου.

Μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Xu Yunhua του Πανεπιστημίου Tianjin και τον καθηγητή Huang Fei του Πανεπιστημίου Τεχνολογίας της Νότιας Κίνας δημοσίευσε στο περιοδικό Nature την πρώτη πρακτική οργανική μπαταρία λιθίου. Η καινοτομία της έγκειται στη χρήση ενός πολυμερούς καθόδου τύπου n, γνωστού ως PBFDO, το οποίο προσφέρει πυκνότητα ενέργειας άνω των 250 βατώρων ανά χιλιόγραμμο.

Η συσκευή λειτουργεί σταθερά σε ακραίες θερμοκρασίες, από μείον 70 έως 80 βαθμούς Κελσίου, ενώ διατηρεί την πλήρη χωρητικότητά της ακόμη και μετά από κάμψη ή συμπίεση. Σε δοκιμές διάτρησης, η οργανική κάθοδος απέδειξε υψηλή ασφάλεια έναντι θερμικής αστάθειας. «Η έρευνα ξεπερνά τους περιορισμούς της παραδοσιακής τεχνολογίας μπαταριών όσον αφορά την εξάρτηση από πόρους και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις», δήλωσε ο Xu στο πρακτορείο Xinhua.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου City του Χονγκ Κονγκ παρουσίασαν στο Nature Communications μια υδατική μπαταρία με οργανικά ηλεκτρόδια και ουδέτερο ηλεκτρολύτη, παρόμοιο χημικά με την άλμη που χρησιμοποιείται στην παραγωγή τόφου. Όπως αναφέρει η South China Morning Post, η μπαταρία άντεξε περισσότερους από 120.000 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης με ελάχιστη απώλεια απόδοσης και, χάρη στο pH 7 του ηλεκτρολύτη, δεν παρουσιάζει οικολογικό κίνδυνο σε περίπτωση απόρριψης.

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, το Πανεπιστήμιο Case Western Reserve μέσω του κέντρου Breakthrough Electrolytes for Energy Storage Systems (BEES2) παρουσίασε νέα κατηγορία ηλεκτρολυτών για επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ροής, δημοσιευμένη στο Proceedings of the National Academy of Sciences. Οι ηλεκτρολύτες αυτοί είναι λιγότερο πτητικοί και μειώνουν τον κίνδυνο ανάφλεξης, χάρη σε έναν μηχανισμό άλματος πρωτονίων που διατηρεί υψηλή αγωγιμότητα ακόμη και σε πυκνά ρευστά. «Αφήνουμε τα μικροσκοπικά ιόντα υδρογόνου να πηδούν από μόριο σε μόριο», εξήγησε η επικεφαλής ερευνήτρια Burcu Gurkan.

Παράλληλα, στο Πανεπιστήμιο Columbia, η ομάδα του Yuan Yang δημοσίευσε στο περιοδικό Joule έναν ηλεκτρολύτη τζελ για μπαταρίες λιθίου χωρίς άνοδο. Το σύστημα διατήρησε πάνω από 80% της χωρητικότητάς του μετά από εκατοντάδες κύκλους φόρτισης και άντεξε δοκιμές διάτρησης χωρίς θερμική αποδρομή, σε αντίθεση με τα συμβατικά κελιά που αναφλέχθηκαν.

Από το εργαστήριο στην πραγματική εφαρμογή

Παρότι οι τεχνολογίες αυτές βρίσκονται ακόμη σε πειραματικό στάδιο, οι ερευνητές τονίζουν ότι η εμπορική τους αξιοποίηση θα εξαρτηθεί από την παραγωγική κλίμακα, την ενεργειακή πυκνότητα και την αξιοπιστία τους εκτός εργαστηρίου. Ωστόσο, το εύρος των φετινών ανακοινώσεων – από οργανικά πολυμερή και υδατικούς ηλεκτρολύτες έως συστήματα πολυμερών γέλης – δείχνει τη διευρυνόμενη παγκόσμια αναζήτηση για ασφαλέστερες και πιο βιώσιμες εναλλακτικές έναντι του κοβαλτίου, του νικελίου και των εύφλεκτων διαλυτών που κυριαρχούν σήμερα στις μπαταρίες ιόντων λιθίου.