Magazynowanie energii dzięki popularnej roślinie? Naukowcy o krok od sukcesu

Transformacja energetyczna wymaga efektywnych metod magazynowania energii odnawialnej, aby skutecznie wykorzystywać nadwyżki produkowane przez elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne. Jednym z obiecujących rozwiązań są baterie sodowo-siarkowe, mogące stanowić bardziej zrównoważoną alternatywę dla akumulatorów litowo-jonowych. Materiały używane do ich produkcji są bowiem łatwiej dostępne i mniej szkodliwe dla środowiska niż lit i kobalt - główne komponenty tradycyjnych akumulatorów.

Jednak baterie sodowo-siarkowe mają swoje ograniczenia: w porównaniu do tradycyjnych baterii litowych charakteryzują się mniejszą gęstością energii i krótszą żywotnością. Teraz naukowcy z Instytutu Maxa Plancka ds. Badań nad Koloidami i Interfejsami odkryli, że klucz do poprawy ich wydajności może leżeć w naturalnym związku - linalolu, głównym składniku olejku lawendowego.

Podczas cyklu ładowania i rozładowywania w bateriach sodowo-siarkowych dochodzi do zjawiska zwanego efektem shuttlingu siarki. Polega ono na tym, że polisiarczki przemieszczają się między elektrodami, co prowadzi do degradacji baterii. Efekt ten sprawia, że po zaledwie kilku cyklach ładowania pojemność ogniw drastycznie spada, czyniąc je bezużytecznymi.

Zespół badaczy kierowany przez Evgeny’ego Senokosa z Instytutu Maxa Plancka znalazł sposób na ograniczenie tego problemu. Naukowcy opracowali nowy nanomateriał, który powstaje z połączenia linalolu i siarki. Materiał ten tworzy gęstą, stabilną strukturę o nanoporach, które są około 100 tys. razy mniejsze niż ludzki włos.

Co to oznacza dla baterii?

• Polisiarczki zostają "uwięzione" w strukturze nanomateriału, co zapobiega ich migracji i przedłuża żywotność baterii.
• Sód nadal może swobodnie przenikać przez pory, umożliwiając efektywne procesy ładowania i rozładowywania.

Dzięki temu nowatorskiemu podejściu, baterie testowane przez naukowców z Poczdamu utrzymywały ponad 80% swojej pierwotnej pojemności nawet po 1500 pełnych cyklach ładowania. Ten spektakularny wynik oznacza, że ich trwałość zbliża się do poziomu baterii litowo-jonowych, co może sprawić, że staną się realnym rozwiązaniem w długoterminowym magazynowaniu energii.

Nowo opracowane nanostruktury wpływają także na zwiększenie pojemności baterii sodowo-siarkowych. Dzięki stabilnemu unieruchomieniu siarki niemal cała jej zawartość może brać udział w reakcjach elektrochemicznych.

Źródło: mpg.de

Badanie naukowe: Senokos, E., Au, H., Eren, EO, Horner, T., Song, Z., Tarakina, NV, ... & Giusto, P. (2024). Zrównoważone hybrydy siarki i węgla dla wydajnych konwersji redoks siarki w przestrzeniach nanoograniczonych. Small , 20 (51), 2407300.