Ερευνητές έφτιαξαν μπαταρία με 10πλάσια χωρητικότητα από τις μπαταρίες λιθίου

Οι μπαταρίες του μέλλοντος μπορεί σύντομα να μην περιέχουν καθόλου λίθιο. Μια ομάδα επιστημόνων στην Ιαπωνία ανέπτυξε μια νέα μπαταρία υδρογόνου που μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασίες έως και τέσσερις φορές χαμηλότερες από όσες απαιτούνταν μέχρι σήμερα. Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει τον δρόμο για πιο αποδοτικά, ασφαλή και ελαφρύτερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, φέρνοντας την τεχνολογία του υδρογόνου πιο κοντά στη μαζική χρήση.

Στην έρευνα που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Science περιγράφεται μια πρωτοποριακή τεχνολογία με άνοδο από υδρίδιο μαγνησίου και κάθοδο από αέριο υδρογόνο, ενώ ο ηλεκτρολύτης της είναι στερεός και διαθέτει κρυσταλλική δομή. Σε αντίθεση με τις υπάρχουσες μπαταρίες υδρογόνου που χρειάζονται θερμοκρασίες 300 έως 400 βαθμών Κελσίου για να λειτουργήσουν, η νέα αυτή μπαταρία λειτουργεί άψογα στους 90°C.

Οι επικεφαλής της μελέτης τονίζουν ότι η αποθήκευση υδρογόνου μπορεί να γίνει πιο σταθερή, χωρίς υψηλές πιέσεις ή ακραίες συνθήκες, κάτι που μέχρι τώρα αποτελούσε εμπόδιο για τη διάδοση της τεχνολογίας.

Από τα εργαστήρια του Τόκιο στην πράσινη επανάσταση της ενέργειας

Οι μπαταρίες υδρογόνου δεν είναι κάτι καινούργιο αναφέρει το Live Science, όμως μέχρι σήμερα υπήρχαν δύο μεγάλα προβλήματα: είτε χρειάζονταν υψηλές θερμοκρασίες για να λειτουργήσουν, είτε δεν μπορούσαν να ανταγωνιστούν την απόδοση των μπαταριών λιθίου. Οι επιστήμονες κατάφεραν να φτάσουν τη μέγιστη θεωρητική χωρητικότητα του ανόδιου MgH₂ και να διατηρήσουν υψηλή αγωγιμότητα ιόντων σε θερμοκρασία δωματίου.

Το «μυστικό» κρύβεται στον στερεό ηλεκτρολύτη, ο οποίος αποτελείται από υδρίδια βαρίου, ασβεστίου και νατρίου. Η κρυσταλλική δομή επιτρέπει την ομαλή μετακίνηση ιόντων υδρογόνου, κάτι που κάνει τη ροή ενέργειας πιο αποδοτική και σταθερή. Έτσι, η νέα μπαταρία μιμείται τη λειτουργία μιας λιθίου, αλλά με σημαντικά χαμηλότερο ενεργειακό κόστος και χωρίς την ανάγκη για πολύπλοκα συστήματα ψύξης ή συμπίεσης.

Πώς λειτουργεί η νέα μπαταρία

Κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης, το αέριο υδρογόνο στο καθόδιο μετατρέπεται σε αρνητικά φορτισμένα ιόντα, τα οποία διαπερνούν τον ηλεκτρολύτη και συνδέονται με το μαγνήσιο στο ανόδιο. Εκεί παράγεται υδρίδιο μαγνησίου, με την ταυτόχρονη απελευθέρωση ηλεκτρονίων που δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα. Αντίστροφα, κατά τη φόρτιση, τα ιόντα επιστρέφουν στην κάθοδο και μετατρέπονται ξανά σε αέριο υδρογόνο.

Η χωρητικότητα που επιτεύχθηκε φτάνει τα 2.030 mAh ανά γραμμάριο – δεκαπλάσια από αυτή των κοινών μπαταριών λιθίου, που συνήθως κυμαίνονται από 150 έως 200 mAh. Αν και η θερμοκρασία λειτουργίας της μπαταρίας είναι λίγο κάτω από το σημείο βρασμού του νερού, οι ερευνητές εκτιμούν ότι μελλοντικές βελτιώσεις θα επιτρέψουν τη χρήση της σε ευρύτερες εφαρμογές, από ηλεκτρικά οχήματα έως συστήματα αποθήκευσης ενέργειας.

Τι σημαίνει αυτή η ανακάλυψη για το μέλλον των ηλεκτρικών οχημάτων

Η τεχνολογία αυτή μπορεί να αποτελέσει το επόμενο μεγάλο βήμα για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Οι σημερινές μπαταρίες λιθίου, αν και αποτελεσματικές, έχουν περιορισμούς: είναι βαριές, κοστίζουν ακριβά και χάνουν σταδιακά την απόδοσή τους. Αντίθετα, μια μπαταρία υδρογόνου θα ήταν αποδοτικότερη από όλες τις απόψεις και ταυτόχρονα χωρίς να επιβαρύνει το περιβάλλον.

Παράλληλα, η νέα αυτή τεχνολογία θα μπορούσε να επιτρέψει την αποθήκευση υδρογόνου με ασφάλεια και χαμηλό κόστος, χωρίς την ανάγκη για δεξαμενές υψηλής πίεσης ή συστήματα ψύξης. Αν καταφέρει να περάσει σε βιομηχανική παραγωγή, θα μπορούσε να συμβάλει ουσιαστικά στη μετάβαση προς μια πιο «καθαρή» ενεργειακή εποχή και να μειώσει το αποτύπωμα άνθρακα των μεταφορών.