Prietokové batérie novej generácie vďaka nanočasticiam

Prietokové batérie sa posúvajú na novú úroveň. Inovatívne úpravy elektrolytu pomocou nanočastíc zvyšujú ich kapacitu, stabilitu aj bezpečnosť. Tento typ batérií je ideálny na dlhodobé ukladanie energie z obnoviteľných zdrojov a predstavuje dôležitý krok k udržateľnej energetike.

Čo sú prietokové batérie?

Redoxné prietokové batérie existujú už od 70. rokov minulého storočia. Na rozdiel od lítium-iónových batérií neukladajú energiu do pevných elektród, ale do tekutých elektrolytov uložených v samostatných nádržiach.

Elektrolyty sa počas nabíjania a vybíjania čerpajú cez elektrochemický článok. Výhodou je, že výkon systému závisí od veľkosti článku a kapacita od objemu nádrží – tieto parametre možno škálovať nezávisle.

Prečo sú vhodné pre obnoviteľnú energiu?

Prietokové batérie nie sú praktické pre mobilné zariadenia, ale sú veľmi perspektívne pre stacionárne skladovanie energie. S rastúcim podielom solárnych a veterných zdrojov budeme potrebovať rozsiahle energetické úložiská aj v mestských oblastiach.

Ak sa používajú elektrolyty na vodnej báze, systém je v zásade nehorľavý, čo zvyšuje bezpečnosť oproti lítium-iónovým batériám.

Hlavná výzva: hustota energie

Najväčším problémom je nízka hustota energie. Prietokové batérie majú približne desaťkrát nižšiu energetickú hustotu než batérie s pevnými materiálmi.

Vyššia koncentrácia aktívneho materiálu v elektrolyte síce zvyšuje kapacitu, ale zároveň zvyšuje viskozitu roztoku. To znamená vyššiu energetickú náročnosť čerpania.

Hybridný prístup: spojenie dvoch svetov

Výskumník David Reber z inštitútu Empa pracuje na riešení, ktoré kombinuje výhody prietokových a lítium-iónových batérií.

Ako to má fungovať?

Do nádrže s elektrolytom chce pridať pevné úložné materiály podobné tým, ktoré sa používajú v mobilných batériách. Ak sú rozpustený materiál a pevný materiál správne zladené z hľadiska redoxného potenciálu, môžu si navzájom prenášať energiu.

Výsledkom by mala byť kombinácia vysokej hustoty energie a jednoduchej škálovateľnosti.

Prečítajte si aj: Udržateľné batérie pre budúcnosť

Hľadanie vhodných materiálov

Kľúčovým parametrom je redoxný potenciál – napätie, pri ktorom látka prijíma alebo odovzdáva elektróny. Materiály musia byť kompatibilné a stabilné počas dlhodobého cyklovania.

Úloha chelátov

Jednou z možností je použitie chelátov – organických molekúl, ktoré obklopujú kovový ión. Úpravou ich štruktúry možno meniť redoxný potenciál a optimalizovať energetický prenos.

Cieľom je dosiahnuť životnosť približne 20 rokov, čo by umožnilo využitie v mestských energetických systémoch.

Budúcnosť prietokových batérií

Ak sa hybridný koncept osvedčí, prietokové batérie môžu nájsť široké uplatnenie v mestských sieťach, pri ukladaní solárnej energie aj v decentralizovaných energetických systémoch.

Vďaka jednoduchému potrubnému systému a čerpadlám by ich bolo možné flexibilne integrovať do existujúcej infraštruktúry.

Zdroj: www.nanowerk.com