Energijos technologijų pasaulyje įvyko mažai pastebėtas, bet išties revoliucingas proveržis. Mokslininkams pavyko sukurti visiškai naujo tipo įkraunamą akumuliatorių, kuriame pagrindinį vaidmenį atlieka ne litis, o vandenilio jonai.
Tai pirmas kartas, kai tokio tipo technologija veikia kambario temperatūroje, nereikalauja ekstremalių sąlygų ir turi potencialą pakeisti tai, kaip žmonija kaupia ir naudoja energiją. Iki šiol vandenilio jonų judėjimas per kietą medžiagą buvo lyginamas su šuoliu į Mėnulį.
Tam reikėjo itin aukštų temperatūrų ir sudėtingų sąlygų, todėl šie bandymai liko laboratorijose. Tačiau naujasis prototipas, kurį pristatė Daliano chemijos fizikos instituto komanda, vadovaujama Pingo Cheno, rodo, kad pokyčiai įmanomi net ir žemėje – pažodžiui. Ir visa tai – be milžiniškų karščio šuolių ar sudėtingų aušinimo sistemų.
Kaip veikia vandenilio akumuliatorius
Akumuliatoriaus šerdis – tai visiškai naujas kompozitinis elektrolitas, kurį mokslininkai sukūrė naudodami bario ir cerio vandenilius. Cerio vandenilis suteikia greitą jonų judėjimą, o bario sluoksnis – stabilumą ir apsaugą nuo nepageidaujamų reakcijų. Tokia kombinacija leidžia vandenilio jonams judėti per kietą medžiagą taip lengvai, tarsi tai būtų skystis, nors visas akumuliatorius lieka kietas.
Būtent šis derinys, judrumas kartu su stabilumu, buvo esminė kliūtis ankstesniems bandymams, tačiau šį kartą ji buvo įveikta. Rezultatas? Pirmasis vandenilio akumuliatorius, kuris gali veikti kambario temperatūroje ir tai daryti ne teoriškai, o praktiškai – su realiais įkrovimo ir iškrovimo ciklais.
Kuo skiriasi nuo ličio akumuliatorių
Litis, nors ir dominuojantis akumuliatorių pasaulyje, turi daugybę trūkumų. Vienas jų – dygliuoti dendritai, kurie formuojasi įkraunant ir gali sukelti trumpąjį jungimą ar net gaisrą. Be to, ličio akumuliatoriai dažnai naudoja degius skysčius, kurie dar labiau padidina pavojų.
Vandenilio akumuliatoriuose šių problemų nėra. Nenaudojami skysti elektrolitai, o pats vandenilio jonas yra mažas, greitas ir nenumato tokių pavojingų struktūrų kaip litis.
Be to, toks sprendimas teoriškai galėtų būti pigesnis – vandenilis yra vienas labiausiai paplitusių elementų visatoje, o naudojami metalai nėra tokie brangūs kaip ličio ar kobalto pagrindu gaminami komponentai.
Kokie rezultatai pasiekti iki šiol
Prototipas veikia su anoda iš cerio vandenilio ir katoda iš natrio alanato – medžiagos, jau anksčiau naudotos vandenilio saugojimo tyrimuose. Pirmo ciklo metu buvo pasiektas 984 mAh/g talpos rezultatas, o po 20 ciklų išliko apie 402 mAh/g. Nors tai dar nėra stulbinantys skaičiai, svarbiausia – kad įkrovimo ir iškrovimo ciklai veikia, o tai reiškia, jog technologija – reali, o ne vien teorinė.
Šie rezultatai rodo, kad vandenilio jonai gali būti stabilūs ir veiksmingi kaip pagrindinis krūvio nešiklis. Tai reiškia, kad ateityje, padidinus našumą, įmanoma konkuruoti su ličio baterijomis tiek energijos talpa, tiek ilgaamžiškumu.
Kokie iššūkiai dar laukia
Pagrindinis iššūkis – padidinti akumuliatoriaus įtampą virš 2 voltų ir tuo pačiu užtikrinti ilgaamžiškumą. Šiuo metu sistema sugeba šviesti LED lemputę apie 1.9 V, tačiau tai dar nėra pakankama daugumai prietaisų. Be to, būtina padidinti ciklų skaičių nuo kelių dešimčių iki tūkstančių – tik tada bus galima kalbėti apie praktinį taikymą.
Taip pat lieka klausimas dėl gamybos. Kol kas viskas vyksta laboratorinėmis sąlygomis, o pereiti prie masinės gamybos reikalauja laiko, resursų ir techninių sprendimų. Vis dėlto mokslininkai optimistiški – pagrindinis iššūkis jau įveiktas, dabar liko „tik“ tobulinti.
