Kinezi napravili vodenu bateriju koja traje 300 godina: Ne gori, a izdržala je 120.000 ciklusa

Zamislite bateriju koju ne morate da menjate nekoliko godina, decenija, pa čak ni generacija. Kineski istraživači razvili su eksperimentalnu bateriju na bazi vode koja je tokom laboratorijskog testiranja izdržala čak 120.000 ciklusa punjenja i pražnjenja.

Baterija je izdržala 120.000 ciklusa

Istraživanje objavljeno u časopisu Nature Communications bavi se novom vrstom vodene, odnosno vodeno-elektrolitne baterije. Za razliku od klasičnih litijum-jonskih baterija, koje koriste organske elektrolite, ova tehnologija koristi elektrolit na bazi vode sa neutralnom pH vrednošću.

U eksperimentu je negativna elektroda napravljena od posebnog kovalentnog organskog polimera, dok se za skladištenje energije koriste joni magnezijuma i kalcijuma.

Najimpresivniji rezultat odnosi se upravo na izdržljivost. Materijal negativne elektrode uspeo je da izdrži 120.000 ciklusa punjenja i pražnjenja, uz specifični kapacitet do 112,8 mAh po gramu. Kompletna ćelija dostigla je naponski interval od 2,2 volta i specifičnu energiju do 48,3 Wh/kg.

Za poređenje, broj od 120.000 ciklusa je toliko veliki da svakodnevno punjenje i pražnjenje tokom 365 dana godišnje matematički daje približno 329 godina. Upravo zato se u izveštajima o ovom istraživanju pojavljuje tvrdnja o bateriji koja bi „mogla da traje 300 godina“.

Tajna je u vodi i neobičnom elektrolitu

Jedan od ključnih problema kod ranijih vodenih baterija bili su neželjeni hemijski procesi koji mogu da ubrzaju degradaciju materijala.

Istraživači su zato razvili sistem sa neutralnim elektrolitom, pH vrednosti 7, i organskim polimerom koji omogućava skladištenje dvovalentnih jona, pre svega magnezijuma i kalcijuma.

Posebno zanimljiv detalj jeste sastav elektrolita. Naučnici navode da može da bude napravljen od soli koje se koriste i u proizvodnji tofua, zbog čega je ova tehnologija dobila neobičan nadimak „tofu battery“. Drugim rečima, iza priče o bateriji koja potencijalno može da radi vekovima ne stoji neka potpuno egzotična supstanca, već kombinacija vode, odgovarajućih soli i pažljivo dizajniranih organskih materijala.

Zašto je vodena baterija zanimljiva?

Najveća prednost nije samo dug vek trajanja. Vodeni elektroliti su nezapaljivi, što predstavlja važnu razliku u odnosu na organske elektrolite koji se koriste u klasičnim litijum-jonskim baterijama. Upravo zbog toga vodene baterije privlače pažnju istraživača koji traže bezbednije načine skladištenja velikih količina energije. To je posebno važno za baterijske sisteme koji bi mogli da skladište električnu energiju iz solarnih i vetroelektrana.

Kod velikih sistema nije presudno samo koliko energije baterija može da skladišti u odnosu na svoju težinu. Važni su i cena, bezbednost, trajnost, dostupnost materijala i način na koji se baterija ponaša nakon velikog broja ciklusa.

Nova tehnologija je zanimljiva upravo zato što pokušava da nekoliko tih problema reši istovremeno.

Ipak, ovo nije baterija za vaš telefon

Tu dolazimo do najvažnijeg dela priče. Iako broj od 120.000 ciklusa zvuči spektakularno, eksperimentalna baterija nije spremna da zameni litijum-jonske baterije u telefonima, laptopovima ili električnim automobilima.

Jedan od problema je energetska gustina. Kompletna eksperimentalna ćelija dostigla je do 48,3 Wh/kg, što je znatno manje od vrednosti koje nude savremene litijum-jonske baterije. To znači da bi za skladištenje iste količine energije bilo potrebno više prostora i materijala.

Zbog toga je mnogo realniji potencijal ove tehnologije u stacionarnom skladištenju energije, gde masa i dimenzije nisu toliko kritični kao kod automobila ili telefona. Drugim rečima, buduća verzija ovakve baterije možda neće biti ona koju ćete staviti u telefon, već veliki sistem koji skladišti višak električne energije proizvedene tokom sunčanog ili vetrovitog dana.

Da li ćemo zaista dobiti bateriju koja traje 300 godina?

Za sada - to niko ne može da garantuje.

Istraživači su dokazali veoma veliki broj ciklusa u laboratorijskim uslovima, ali 120.000 ciklusa nije isto što i 300 godina rada u realnom svetu. Baterija bi u stvarnoj primeni bila izložena promenama temperature, različitim režimima rada, opterećenjima i drugim uslovima koji mogu uticati na njen vek trajanja. Takođe, potrebno je pokazati da se ista tehnologija može proizvoditi u velikim količinama i po prihvatljivoj ceni.

Ipak, rezultat je važan jer pokazuje da vodene baterije mogu imati mnogo duži ciklusni vek nego što se ranije moglo očekivati. Ako se takvi rezultati potvrde i pri većem obimu proizvodnje, tehnologija bi mogla da bude posebno zanimljiva za skladištenje energije iz obnovljivih izvora, gde su bezbednost, dug vek i cena ključni faktori.