Μια νέα τεχνολογία του Ινστιτούτου Επιστήμης Υλικών της Βαρκελώνης μειώνει τις ενεργειακές απώλειες και βελτιώνει τις μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα, ανοίγοντας δρόμο για άλλα συστήματα αποθήκευσης.
Στην Ισπανία, ερευνητές του Ινστιτούτου Επιστήμης Υλικών της Βαρκελώνης (ICMAB-CSIC) ανέπτυξαν μια νέα αρχιτεκτονική για μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα, η οποία επιτρέπει αύξηση της ισχύος τους έως και 80% χωρίς να τροποποιείται η βασική τους χημεία. Το σύστημα ενσωματώνει αγώγιμα στοιχεία στο εσωτερικό της μπαταρίας, τα οποία λειτουργούν ως ασύρματα διπολικά ηλεκτρόδια, διευκολύνοντας τη μεταφορά φορτίου και μειώνοντας την εσωτερική αντίσταση.
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
Η πρόοδος αυτή ανοίγει έναν νέο δρόμο για τον σχεδιασμό πιο αποδοτικών μπαταριών με υψηλότερη απόδοση. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Energy Storage Materials», πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το Καταλανικό Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας (ICN2) και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Λα Πλάτα (Αργεντινή).
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η συγκεκριμένη δουλειά και προηγούμενες μελέτες της ίδιας ομάδας αμφισβητούν τον συμβατικό σχεδιασμό των μπαταριών και προτείνουν έναν νέο τρόπο αντίληψης των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας.
Μια σχεδιαστική αρχή που αλλάζει τους κανόνες
Οι μπαταρίες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χάρη στη διαφορά ενέργειας ανάμεσα στα υλικά των δύο ηλεκτροδίων τους. Τα φορτία μετακινούνται από το ένα στο άλλο μέσω του ηλεκτρολύτη, ενός υλικού που επιτρέπει τη μετακίνηση ιόντων. Μέχρι σήμερα, θεωρούνταν ότι το συγκεκριμένο συστατικό πρέπει να εμποδίζει τη διέλευση ηλεκτρονίων ώστε να αποτρέπεται κάθε κίνδυνος βραχυκυκλώματος. Η νέα μελέτη αμφισβητεί αυτή την αρχή.
Η ομάδα με επικεφαλής τη Nieves Casañ-Pastor, ερευνήτρια του ICMAB-CSIC, έδειξε ότι, υπό ορισμένες συνθήκες, μικρά μεταλλικά αγώγιμα κομμάτια μπορούν να ενσωματωθούν στο εσωτερικό της μπαταρίας χωρίς να συνδέονται ούτε με τα ηλεκτρόδια ούτε με το εξωτερικό κύκλωμα, και ότι αυτό μπορεί μάλιστα να βελτιώσει τη λειτουργία της.
Το κλειδί βρίσκεται στο ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια όταν η μπαταρία λειτουργεί. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η εισαγωγή ενός ή περισσότερων απομονωμένων αγώγιμων στοιχείων ανάμεσά τους δεν προκαλεί βραχυκύκλωμα και μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της μεταφοράς φορτίου.
Το ηλεκτρικό πεδίο πολώνει τα αγώγιμα κομμάτια, τα οποία συσσωρεύουν αντίθετα φορτία στα άκρα τους και δημιουργούν νέες διαδρομές για τη μεταφορά φορτίου. Αυτό μειώνει την εσωτερική αντίσταση και επιτρέπει να παρέχεται ενέργεια πιο γρήγορα. «Το αξιοσημείωτο είναι ότι αυτοί οι αγωγοί δεν συνδέονται με κανένα καλώδιο: απλώς εισάγονται στο σύστημα και παράγουν ωφέλιμα αποτελέσματα», εξηγεί η Casañ-Pastor.
Η πρόκληση του οξυγόνου, το κλειδί του νέου σχεδιασμού
Η έρευνα, που αποτελεί μέρος της διδακτορικής διατριβής του Marc Mosqueda, αναδεικνύει το δυναμικό των μπαταριών ψευδαργύρου-αέρα, οι οποίες κατασκευάζονται από άφθονα, φθηνά και ασφαλή υλικά, αλλά περιορίζονται από τη αργή αντίδραση του οξυγόνου.
Το νέο σχέδιο ενσωματώνει ασύρματα διπολικά ηλεκτρόδια, τα οποία μειώνουν την εσωτερική αντίσταση και επιταχύνουν την παροχή ενέργειας, επιτρέποντας έτσι να αυξηθεί η ισχύς έως και κατά 80%.
Κατά την Casañ-Pastor, το εύρημα ανοίγει έναν δρόμο που θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε διαφορετικές τεχνολογίες αποθήκευσης. Η ομάδα έχει ήδη παρατηρήσει παρόμοια φαινόμενα σε άλλα συστήματα και θα συνεχίσει να διερευνά τις δυνατότητες των ασύρματων διπολικών ηλεκτροδίων.