Nowa technologia Instytutu Nauki o Materiałach w Barcelonie ogranicza straty energii i poprawia działanie baterii cynkowo-powietrznych, otwierając drogę do nowych magazynów energii.
W Hiszpanii naukowcy z Instytutu Nauki o Materiałach w Barcelonie (ICMAB-CSIC) opracowali nową architekturę baterii cynkowo-powietrznych, która pozwala zwiększyć ich moc nawet o 80 proc. bez zmiany podstawowej chemii. System wprowadza do wnętrza baterii przewodzące elementy, które działają jak bezprzewodowe elektrody bipolarne, ułatwiają transport ładunku i zmniejszają opór wewnętrzny.
REKLAMA
REKLAMA
To osiągnięcie otwiera nową drogę do projektowania baterii bardziej efektywnych i o wyższej wydajności. Badania opisane w czasopiśmie „Energy Storage Materials” przeprowadzono we współpracy z Katalońskim Instytutem Nanonauki i Nanotechnologii (ICN2) oraz Narodowym Uniwersytetem La Plata w Argentynie.
Jak podkreślają badacze, ta praca i wcześniejsze badania zespołu podważają tradycyjny sposób projektowania baterii i proponują nowe podejście do systemów magazynowania energii.
Nowa zasada projektowania zmienia reguły
Baterie wytwarzają energię elektryczną dzięki różnicy energii między materiałami dwóch elektrod. Ładunki przemieszczają się z jednej elektrody na drugą przez elektrolit, materiał, który umożliwia ruch jonów. Dotąd zakładano, że ten składnik musi blokować przepływ elektronów, aby wykluczyć ryzyko zwarcia. Nowe badania podważają tę zasadę.
Zespół kierowany przez Nieves Casañ-Pastor, badaczkę z ICMAB-CSIC, wykazał, że w określonych warunkach małe przewodzące elementy metalowe można umieścić wewnątrz baterii bez podłączania ich do elektrod ani do obwodu zewnętrznego, a takie rozwiązanie może wręcz poprawić jej działanie.
Kluczową rolę odgrywa pole elektryczne, które powstaje między dwiema elektrodami, gdy bateria pracuje. Naukowcy wykazali, że wprowadzenie między nie jednego lub kilku odizolowanych elementów przewodzących nie powoduje zwarcia, a może dodatkowo usprawnić transport ładunku.
Pole elektryczne polaryzuje elementy przewodzące, które gromadzą przeciwne ładunki na swoich końcach i tworzą nowe drogi przepływu ładunku. W efekcie spada opór wewnętrzny, a system może szybciej przekazywać energię. „Zaskakujące jest to, że te przewodniki nie są nigdzie podłączone przewodem: po prostu wprowadza się je do układu, a one wywołują korzystne efekty” – wyjaśnia Casañ-Pastor.
Tlen jako wyzwanie i klucz do nowej konstrukcji
Badania, będące częścią pracy doktorskiej Marca Mosquedy, pokazują potencjał baterii cynkowo-powietrznych, wytwarzanych z materiałów powszechnych, tanich i bezpiecznych, lecz ograniczanych przez powolną reakcję tlenu.
Nowa konstrukcja wykorzystuje bezprzewodowe elektrody bipolarne, które zmniejszają opór wewnętrzny i przyspieszają przekazywanie energii, co pozwala zwiększyć moc nawet o 80 proc.
Zdaniem Casañ-Pastor odkrycie otwiera drogę, która może znaleźć zastosowanie w różnych technologiach magazynowania energii. Zespół zaobserwował już podobne efekty w innych układach i zamierza dalej badać potencjał bezprzewodowych elektrod bipolarnych.