Atsinaujinančios energijos saugojimas yra toks pat svarbus, kaip ir jos gaminimas. Vienas iš perspektyviausių energijos saugojimo būdų galėtų būti srautinės baterijos, tačiau vis dar yra nemažai technologinių iššūkių. Visgi, Harvardo inžinierių komanda yra pasiruošusi su jais susidoroti. Po keletos pastarųjų metų darbo su organinėmis srautinėmis baterijomis jau išbandė naują technologiją. Mokslininkai teigia, kad tai stabiliausia ir geriausius veikimo parametrus demonstruojanti organinė srautinė baterija, kokia tik iki šiol buvo sukurta.

Srautinė baterija yra pagaminta iš dviejų skystų elektrolitų, kurie saugomi išoriniuose rezervuaruose ir suleidžiami į kuro elementą tada, kai to reikia. Įkrovimo ir iškrovimo metu jie perduoda elektronus pro kuro elemente eančią membraną pirmyn ir atgal, o jų energijos saugojimo pajėgumas ir galia gali būti keičiami, atitinkamai pakeičiant elektrolitų talpyklų ir membranos dydžius.

Tradiciškai geriausi šio tipo baterijų rezultatai yra gaunami panaudojus elektrolitus iš rūgštyje ištirpinto vanadžio ir bromo, tačiau šios cheminės medžiagos gali būti ganėtinai brangios ir pavojingos. Organinės vanadžio alernatyvos buvo rastos chinonuose, molekulėse, panašiose į tas, kurios, siekiant išsaugoti energiją, yra naudojamos augaluose ir gyvūnuose.

2014 metais Harvardo komanda pradėjo eksperimentuoti su daugiau nei 10 000 skirtingų rūšių chinonais ir palaipsniui suprato, kurie iš jų yra geriausi. Vėliau jie pakeitė bromą ferocianidu, o rūgštį – šarminiu mišiniu. Tada išskyrė modifikuotą vitamino B2 tipą kaip ypač naudingą chinoną. Ir pagaliau praėjusiais metais jie pritaikė „receptą“, kad sistema galėtų veikti su neutraliu vandeniu.

Problema buvo ta, kad toks baterijos dizainas nesuteikė srautinei baterijai būtino sukaupiamos energijos šuolio. Dabar mokslininkai modifikavo chinoną. Ši organinė molekulė suderinta su veikimo trukme ir tyrėjai teigia, kad tai ilgiausiai veikianti, dideliu efektyvumu pasižyminti srautinė baterija „kokia tik iki šiol buvo sukurta“.

Pagrindinė sudedamoji dalis pavadinta „Metušelo molekule“ (angl. Methuselah molecule) – Biblinio personažo, kuris sulaukė beveik tūkstančio gimtadienių, garbei.

„Ankstesniame darbe pademonstravome ilgai veikiančią cheminę medžiagą, bet žemą įtampą, dėl kurios buvo sukaupiama mažai energijos ir tokia energija buvo brangi“, - teigė vienas iš tyrimo vadovų Michael‘is Aziz‘as. „Dabar mes turime pirmąją chemiją (Metušelo molekulę aut. past.), kuri pasižymi ilgalaikiu stabilumu ir užtikrina didesnę nei 1 volto įtampą, o tai dažniausiai yra laikoma komercinio diegimo riba. Manau, kad tai yra pirmoji organiniu pagrindu pagaminta srautinė baterija, kuri tenkina visus būtinus techninius kriterijus praktiniam šio produkto panaudojimui.“

Molekulinių bandymų metu buvo pastebėta, kad Metušelo molekulė per vieną dieną netenka mažiau kaip 0,01 %, o per vieną įkrovimo iškrovimo ciklą mažiau kaip 0,001 % efektyvumo. Tai reiškia, kad per vienerius metus tokios baterijos efektyvumas sumažės maždaug 3 procentais ir ji gali atlaikyti dešimtis tūkstančių įkrovimo ir iškrovimo ciklų.

Metušelo molekulė lengvai ištirpsta silpnai šarminiame elektrolite. Tad tai padeda sukaupti didesnį energijos tankį ir dėl to, kad kuro elementų sienelėms ir membranoms nereikia būti ypač atsparioms korozijai, sumažina bendrą medžiagų kainą.

„Šis svarbus darbas yra reikšmingas žingsnis link pigių ir ilgą veikimą užtikrinančių srautinių baterijų“, - sako JAV Energetikos departamento energijos saugojimo programos direktorius Imre‘as Gyuk‘as. „Tokie įrenginiai yra reikalingi tam, kad elektros tinklai galėtų susidoroti su vis didėjančiais, bet nepastoviais žalios energijos kiekiais“.

Tyrimo rezultatai buvo publikuoti moksliniame žurnale „Joule“.

Komentarai ()