Motyl na panelu słonecznym. Kredyt zdjęciowy: Takver (cc 2.0)

Bateria wykonana z mocznika, powszechnie występującego w nawozach i moczu ssaków, może stanowić tani sposób przechowywania energii wytwarzanej przez energię słoneczną lub inne formy energii odnawialnej do konsumpcji poza godzinami pracy.

Bateria jest niepalna i zawiera elektrody wykonane z obfitego aluminium i grafitu. Główny składnik elektrolitu, mocznik, jest już produkowany przemysłowo przez tonę do nawozów roślinnych.

„Zasadniczo masz baterię wykonaną z jednych z najtańszych i najbogatszych materiałów, jakie można znaleźć na Ziemi. I rzeczywiście ma dobrą wydajność” – mówi Hongjie Dai, profesor chemii na Uniwersytecie Stanforda. „Kto by pomyślał, że możesz wziąć grafit, aluminium, mocznik i zrobić baterię, która może pracować przez dość długi czas?”

W 2015 roku laboratorium Dai jako pierwsze wyprodukowało aluminiową baterię wielokrotnego ładowania. Ten system ładował się w niecałą minutę i trwał tysiące cykli ładowania i rozładowania. Laboratorium współpracowało z tajwańskim Instytutem Badań Technologii Przemysłowych (ITRI) w celu zasilania motocykla tą starszą wersją, która miała jedną poważną wadę: wymagała drogiego elektrolitu.

Najnowsza wersja zawiera elektrolit na bazie mocznika i jest około 100 razy tańsza niż model z 2015 roku, z wyższą wydajnością i czasem ładowania 45 minut. To pierwszy przypadek użycia mocznika w akumulatorze.

Różnica kosztów między dwiema bateriami, mówi Dai, jest „jak noc i dzień”. Wyniki pojawiają się w Proceedings of the National Academy of Sciences.

W przeciwieństwie do energii pochodzącej z paliw kopalnych, energię słoneczną można zasadniczo wykorzystać tylko wtedy, gdy świeci słońce. Panel słoneczny pompuje energię do sieci elektrycznej w ciągu dnia. Jeśli ta energia nie zostanie od razu zużyta, zostanie utracona w postaci ciepła.

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na technologie odnawialne rośnie zapotrzebowanie na tanie, wydajne baterie do przechowywania energii do uwolnienia w nocy. Dzisiejsze akumulatory, takie jak akumulatory litowo-jonowe lub kwasowo-ołowiowe, są kosztowne i mają ograniczoną żywotność.

Nowa bateria może stanowić rozwiązanie problemu magazynowania energii w sieci, mówi doktorant Michael Angell. "To jest tanie. Jest wydajny. Głównym celem jest magazynowanie w sieci.”

Magazynowanie w sieci jest również najbardziej realistycznym celem, ze względu na niski koszt baterii, wysoką wydajność i długi cykl życia, mówi Angell. Jeden rodzaj wydajności, zwany wydajnością kulombowska, jest miarą tego, ile ładunku opuszcza akumulator na jednostkę ładunku, którą pobiera podczas ładowania. Sprawność kulombowska tego akumulatora jest wysoka — 99.7 procent.

Baterie litowo-jonowe powszechnie spotykane w małych urządzeniach elektronicznych i innych urządzeniach, choć również wydajne, mogą być łatwopalne. Natomiast bateria mocznikowa jest łatwopalna, a zatem mniej ryzykowna.

„Czułbym się bezpieczny, gdyby moja bateria zapasowa w moim domu była zrobiona z mocznika z niewielką szansą na wywołanie pożaru” – mówi Dai.

Aby sprostać wymaganiom magazynowania sieciowego, komercyjna bateria będzie musiała wystarczyć na co najmniej dziesięć lat. Badając procesy chemiczne zachodzące w akumulatorze, Angell ma nadzieję przedłużyć jego żywotność.

Perspektywy są obiecujące. W laboratorium te akumulatory z jonami aluminium na bazie mocznika mogą przejść około 1,500 cykli ładowania przy 45-minutowym czasie ładowania.

„Dzięki tej baterii marzeniem jest przechowywanie energii słonecznej w każdym budynku i każdym domu” – mówi Dai. „Może zmieni codzienne życie. Nie wiemy.

Licencja na patenty baterii została udzielona firmie AB Systems, założonej przez Dai. Obecnie opracowywana jest wersja komercyjna.

Źródło artykułu

Jackie Flynn za Stanford University

Prace finansowały amerykański Departament Energii, Global Networking Talent 3.0, Ministerstwo Edukacji Tajwanu oraz Taishan Scholar Project.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon