Baterije na zrak za zeleniju budućnost

Istraživači iz Syndeya i Singapura predstavili su novu punjivu cink-zrak bateriju kapaciteta 4‑5 puta većeg od trenutno dominantnih litij-ionskih baterija, koja je usto jeftinija i ekološki značajno prihvatljivija. Ipak, za komercijalnu primjenu potrebno je još svladati mnoge izazove, od kojih je najveći punjenje.

• Na naslovnoj slici: Istraživač iz Sydneya drži novo dizajniranu punjivu cink-zrak bateriju.

Potraga za novom generacijom baterija već se neko vrijeme zahuktava, a istraživanje[i] nedavno objavljeno u prestižnom časopisu Advanced Materials dalo je snažan vjetar u leđa cink-zrak baterijama. Naime, istraživači iz Syndeya i Singapura predstavili su novu punjivu cink-zrak bateriju specifičnog kapaciteta 904 Wh/kg, što je 4‑5 puta više od trenutno dominantnih litij-ionskih baterija (150-250 Wh/kg). No, to otkriće nipošto ne znači će idućem iPhoneu baterija trajati tjedan dana – pred novim baterijama stoje mnogi izazovi, od kojih je naveći punjenje.

Prilikom pražnjenja danas najkorištenijih litij-ionskih baterija, litijevi ioni putuju s jedne elektrode na drugu, dok se prilikom punjenja vraćaju natrag. Takav mehanizam osigurava lako punjenje, bez velikog gubitka u kapacitetu baterije. S druge strane, u metal-zrak baterijama prilikom pražnjenja dolazi do reakcije metala i kisika iz zraka, pri čemu nastaje metalni oksid. U svakodnevnim uvjetima ta je reakcija vrlo spora i ireverzibilna (hrđanje!), zbog čega metal‑zrak baterije u pravilu nisu punjive. Međutim, gore spomenuti znanstvenici sintetizirali su grafenske elektrokatalizatore koji kontroliraju pražnjenje i omogućuju punjenje. Konkretno, predstavljene baterije izgubile su nešto manje od 10% kapaciteta u 60 ciklusa punjenja i pražnjenja, što je i dalje lošije od litij-ionskih baterija, ali je ozbiljan korak u dobrom smjeru.

Osim kapaciteta, prednosti cink-zrak baterija u odnosu na litij-ionske jest da su jeftinije (cinka ima puno više nego litija) i ekološki značajno prihvatljivije. Prema „Science for Environment Policy„ izvješću[ii] Europske komisije, litij-ionske baterije najštetnije su za okoliš od svih vrsta baterija (po kilogramu Li-ionske baterije potroši se 1,6 kg nafte i emitira ekvivalent 12,5 kg CO₂).

Višestruko povećanje kapaciteta punjivih baterija imalo bi dalekosežne posljedice, osobito za automobilsku industriju i isplativost obnovljivih izvora energije. Električni auti bi uz pomoć takvih baterija debelo prestigli fosilaše po broju kilometara koje mogu prijeći bez stajanja, što bi ih učinilo značajno privlačnijima. Također, povećanje kapaciteta baterija dovelo bi i do smanjenja njihove mase (na primjer, u Chevrolet Boltu baterije su teške 435 kg, više od četvrtine ukupne mase) što otvara mogućnost izmjenjivih baterija na manjim vozilima.

Osim za industriju automobila, jeftine baterije velikog kapaciteta mogle bi riješiti jedan od većih problema vezanih uz obnovljive izvore energije. Primjerice, na ovogodišnji praznik rada njemački solarni paneli i vjetroelektrane radili su prekovremeno, generirajući dovoljno energije za 85% Njemačke oko podneva, no oko ponoći se taj udio spustio na 15%[iii]. Budući da broj solarnih panela i vjetroelektrana u svijetu rapidno raste, razvoj velikih jeftinih baterija mogao bi omogućiti da se energija generirana za vrijeme sunčanih i vjetrovitih dana pohranjuje za duge zimske noći.

[i] http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201701410/abstract

[ii] http://ec.europa.eu/environment/integration/research/newsalert/about.htm

[iii] https://twitter.com/AgoraEW/status/859429660584812544/