Mokslininkai iš Sario universiteto žengė reikšmingą žingsnį pažangesnių ir aplinkai draugiškesnių baterijų technologijos srityje. Jie sukūrė ličio anglies dioksido „kvėpuojančią“ bateriją, kuri gali pakeisti dabartinę situaciją.
Teigiama, kad naujoji baterija ne tik efektyviai kaupia energiją, bet ir sugeria anglies dvideginį, taip prisidėdama prie šiltnamio efektą sukeliančių dujų mažinimo. Tokios baterijos ateityje galėtų tapti rimta alternatyva įprastoms ličio jonų baterijoms.
Iki šiol ličio–CO₂ baterijos susidurdavo su rimtomis problemomis. Jos greitai dėvėdavosi, buvo sunkiai įkraunamos ir priklausė nuo itin brangių, retų medžiagų, tokių kaip platina. Tačiau Sario universiteto tyrėjams pavyko įveikti šiuos trūkumus pasitelkus paprastą ir nebrangią katalizatoriaus medžiagą cezio fosfomolibdatą (CPM).
Naudodami kompiuterinius modeliavimus ir laboratorinius bandymus, mokslininkai nustatė, kad ši medžiaga leidžia baterijoms sukaupti gerokai daugiau energijos, reikalauja mažesnės įkrovimo galios ir užtikrina stabilų veikimą daugiau nei 100 įkrovimo ciklų.
Potenciali nauda emisijų mažinimui ir kosmoso tyrimams
Šis tyrimas, publikuotas žurnale Advanced Science, žymi svarbų žingsnį link praktinio tokios technologijos pritaikymo. Jei šios baterijos būtų komerciškai pritaikytos, jos galėtų reikšmingai sumažinti transporto priemonių bei pramonės sektoriaus išmetamų teršalų kiekį.
Mokslininkai netgi svarsto apie galimą jų naudojimą Marse, kur atmosferą sudaro net 95 proc. anglies dioksido.
„Šiandien vis labiau reikia energijos saugojimo sprendimų, kurie ne tik padėtų pereiti prie atsinaujinančios energetikos, bet ir spręstų klimato kaitos iššūkius. Mūsų darbas su ličio–CO₂ baterijomis gali būti vienas iš šios vizijos įgyvendinimo raktų“, – pabrėžia Sario universiteto chemijos procesų inžinerijos dėstytojas dr. Siddharthas Gadkari.
Vienas iš didžiausių iššūkių šiose baterijose yra vadinamasis perpotencialas. Tai papildoma energija, reikalinga reakcijoms užvesti. Pasak mokslininko, CPM katalizatorius tarsi išlygina kalną, todėl kiekvieno įkrovimo ir iškrovimo metu prarandama kur kas mažiau energijos.
Baterijos ilgaamžiškumo tyrimai atskleidė stabilias reakcijas
Kad geriau suprastų CPM veikimą, tyrėjų komanda atliko vadinamuosius „post mortem“ bandymus – išardė baterijas po įkrovimo bei iškrovimo ciklų ir analizavo jų viduje vykusius cheminius pokyčius.
Paaiškėjo, kad baterijoje susidaranti ličio karbonato (Li₂CO₃) medžiaga galėjo būti nuosekliai suformuojama ir pašalinama, o tai būtina sąlyga ilgaamžiškam baterijų veikimui.
Be eksperimentinių bandymų, buvo taikomas ir tankio funkcionalumo teorijos (DFT) kompiuterinis modeliavimas. Jis atskleidė, kaip CPM akyta ir stabili struktūra sudaro idealią terpę svarbioms cheminėms reakcijoms vykti.
„Džiugu, kad pavyko suderinti efektyvumą su paprastumu. Parodėme, jog galima sukurti efektyvias ličio–CO₂ baterijas naudojant nebrangias, lengvai pritaikomas medžiagas, nereikalaujančias retųjų metalų. Šie rezultatai atveria kelią tolesniam katalizatorių tobulinimui“, – teigia vienas iš tyrimo autorių Sario universiteto mokslininkas dr. Danielis Commandeur.
Šis atradimas gali tapti pagrindu kuriant dar geresnes, pigesnes ir lengviau gaminamas baterijų medžiagas.
Gilinantis į tai, kaip tokie katalizatoriai sąveikauja su elektrodais ir elektrolitais, ličio anglies dioksido baterijos ateityje galėtų tapti praktišku ir lengvai masto didinamu švarios energijos saugojimo sprendimu, tuo pačiu mažinant ir anglies dvideginio kiekį atmosferoje.
