Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου κυριαρχούν σε όλους τους τομείς της τεχνολογίας, από τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα μέχρι τα smartphones. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι αποτελούν την καλύτερη λύση αλλά μια λύση που μας καλύπτει για την ώρα. Το Πανεπιστήμιο TU Wien κατάφερε τώρα να αναπτύξει μια μπαταρία ιόντων οξυγόνου που διαθέτει ορισμένα πολύ σημαντικά πλεονεκτήματα.
Αν και δεν επιτρέπει αρκετά υψηλές πυκνότητες ενέργειας όπως η μπαταρία ιόντων λιθίου, η αποθηκευτική της ικανότητα δεν μειώνεται με την πάροδο του χρόνου καθώς μπορεί να αναγεννηθεί και έτσι μπορεί να επιτρέψει μια εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής. Επιπλέον, οι μπαταρίες ιόντων οξυγόνου μπορούν να παραχθούν χωρίς σπάνιες γαίες και είναι κατασκευασμένες από άκαυστα υλικά. Η μπαταρία ιόντων οξυγόνου θα μπορούσε να αποτελέσει μια εξαιρετική λύση για μεγάλα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας όπως παράδειγμα για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές.
“Έχουμε μεγάλη εμπειρία με κεραμικά υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για κυψέλες καυσίμου “, λέει ο Alexander Schmid από το Ινστιτούτο Χημικών Τεχνολογιών και Ανάλυσης του TU Wien. “Αυτό μας έδωσε την ιδέα να διερευνήσουμε αν τέτοια υλικά θα μπορούσαν επίσης να είναι κατάλληλα για την κατασκευή μιας μπαταρίας”.
Τα κεραμικά υλικά που μελέτησε η ομάδα του TU Wien μπορούν να απορροφήσουν και να απελευθερώσουν διπλά αρνητικά φορτισμένα ιόντα οξυγόνου. Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση, τα ιόντα οξυγόνου μετακινούνται από το ένα κεραμικό υλικό στο άλλο, δημιουργώντας έτσι ηλεκτρικό ρεύμα.
“Η βασική αρχή λειτουργίας είναι στην πραγματικότητα πολύ παρόμοια με αυτή της μπαταρίας ιόντων λιθίου”, λέει ο καθηγητής Jürgen Fleig. “Αλλά τα υλικά μας έχουν ορισμένα σημαντικά πλεονεκτήματα”. Τα κεραμικά δεν είναι εύφλεκτα – έτσι τα ατυχήματα πυρκαγιάς τα οποία συμβαίνουν συχνά με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου πρακτικά αποκλείονται. Επιπλέον, δεν υπάρχει ανάγκη για σπάνια στοιχεία, τα οποία είναι ακριβά ή μπορούν να εξαχθούν μόνο με περιβαλλοντικά επιβλαβή τρόπο.
“Από αυτή την άποψη, η χρήση κεραμικών υλικών αποτελεί μεγάλο πλεονέκτημα επειδή μπορούν να προσαρμοστούν πολύ καλά”, λέει ο Tobias Huber. “Μπορείτε να αντικαταστήσετε ορισμένα στοιχεία που είναι δύσκολο να αποκτηθούν με άλλα σχετικά εύκολα”. Το πρωτότυπο της μπαταρίας χρησιμοποιεί ακόμη λανθάνιο – ένα στοιχείο που δεν είναι ακριβώς σπάνιο αλλά ούτε και εντελώς κοινό. Αλλά ακόμη και το λανθάνιο πρόκειται να αντικατασταθεί από κάτι φθηνότερο, και η σχετική έρευνα βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη. Το κοβάλτιο ή το νικέλιο, τα οποία χρησιμοποιούνται σε πολλές μπαταρίες, δεν χρησιμοποιούνται καθόλου.
Αλλά ίσως το σημαντικότερο πλεονέκτημα της νέας τεχνολογίας μπαταριών είναι η μακροζωία της. Η μπαταρία ιόντων οξυγόνου, ωστόσο, μπορεί να αναγεννηθεί χωρίς προβλήματα: Εάν το οξυγόνο χαθεί λόγω πλευρικών αντιδράσεων, τότε η απώλεια μπορεί απλώς να αντισταθμιστεί με οξυγόνο από τον αέρα του περιβάλλοντος. Η νέα ιδέα της μπαταρίας δεν προορίζεται για smartphones ή ηλεκτρικά αυτοκίνητα, επειδή η μπαταρία ιόντων οξυγόνου επιτυγχάνει μόνο το ένα τρίτο περίπου της ενεργειακής πυκνότητας των μπαταριών ιόντων λιθίου και λειτουργεί σε θερμοκρασίες μεταξύ 200 και 400 °C. Η τεχνολογία είναι, ωστόσο, εξαιρετικά ενδιαφέρουσα για την αποθήκευση ενέργειας.
“Εάν χρειάζεστε μια μεγάλη μονάδα αποθήκευσης ενέργειας για την προσωρινή αποθήκευση ηλιακής ή αιολικής ενέργειας, για παράδειγμα, η μπαταρία ιόντων οξυγόνου θα μπορούσε να είναι μια εξαιρετική λύση”, λέει ο Alexander Schmid. “Αν κατασκευάσετε ένα ολόκληρο κτίριο γεμάτο μονάδες αποθήκευσης ενέργειας, η χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και η αυξημένη θερμοκρασία λειτουργίας δεν παίζουν καθοριστικό ρόλο. Αλλά τα πλεονεκτήματα της μπαταρίας μας θα ήταν εκεί ιδιαίτερα σημαντικά: η μεγάλη διάρκεια ζωής, η δυνατότητα παραγωγής μεγάλων ποσοτήτων αυτών των υλικών χωρίς σπάνια στοιχεία και το γεγονός ότι δεν υπάρχει κίνδυνος πυρκαγιάς με αυτές τις μπαταρίες”.
