Nowa alternatywa dla magazynów energii. Powszechny problem może wreszcie zniknąć

Wobec coraz większego udziału źródeł OZE, w szczególności fotowoltaiki, zainteresowanie technologiami ułatwiającymi magazynowanie energii generowanej przez panele jest coraz większe. Potwierdzają to prace naukowe, w tym jedno z najnowszych osiągnięć brytyjskich badaczy, którzy opracowali baterię solarno–chemiczną o wysokiej wydajności. Ta w przyszłości może rozwiązać problem wielu osób z tym, gdzie umieścić w domu magazyn energii.

Magazynowanie energii słonecznej z nowym typem baterii

Naukowcy z Uniwersytetu Loughborough oraz Uniwersytetu Heriot-Watt w Wielkiej Brytanii dokonali znaczącego postępu w dziedzinie magazynowania energii słonecznej, konstruując nowy typ słonecznej baterii redoksowej (Solar Redox Flow Battery; SRFB).

Urządzenie to wyróżnia się zastosowaniem standardowego modułu fotowoltaicznego do bezpośredniego zasilania procesów chemicznych magazynujących energię oraz innowacyjną parą redoks jod–brom. Choć na razie zbudowano zaledwie prototyp, technologia ta jest znacznie bliższa komercjalizacji niż pomysły z przydomowym reaktorem jądrowym.

Tu krótkie wyjaśnienie, co to właściwie znaczy redoks. To pojęcie odnosi się do reakcji utlenienia-redukcji. Jest to fundamentalny typ reakcji chemicznej zachodzącej m.in. w bateriach i akumulatorach pomiędzy elektrodami, w którym dochodzi do zmiany stopni utlenienia atomów uczestniczących w reakcji.

Reakcje redoks są powszechne w naszym świecie, do nich zalicza się również np. oddychanie komórkowe, spalanie (np. paliw), korozja metali i wiele więcej.

Zobacz też: Najlepszy laptop dla ucznia.

Wyzwania tradycyjnych słonecznych ogniw przepływowych

Słoneczne ogniwa redoksowe (Solar Redox Flow Cells; SRFC) jako takie nie są nowością. To urządzenia, które bezpośrednio przetwarzają energię słoneczną na energię chemiczną przechowywaną w elektrolicie, wykorzystując do tego celu panele fotoelektrochemiczne.

Mimo rosnącego zainteresowania tą technologią jej rozwój napotyka na istotne bariery. Główne problemy to ograniczona wydajność reakcji fotoelektrochemicznych oraz fakt, że pojemność magazynowania w niektórych koncepcjach jest limitowana przez fizyczne wymiary elektrod stałych.

Fotowoltaika zamiast fotoelektrochemii: innowacyjne serce baterii

Brytyjscy naukowcy wpadli na sprytny pomysł, jak ulepszyć baterię. Zamiast skomplikowanych paneli fotoelektrochemicznych użyli zwykłego panelu solarnego, podobnego do tych, jakie widzimy na dachach wielu domów.

Wybrali specjalne ogniwo fotowoltaiczne o powierzchni mniej więcej wielkości kartki pocztowej (25 cm²), które zamienia światło słoneczne w energię z dużą skutecznością. Dzięki temu bateria może magazynować energię w prostszy i bardziej wydajny sposób.

Takie podejście pozwoliło na wykorzystanie bardziej dojrzałej i wydajnej technologii PV do napędzania procesów ładowania baterii przepływowej. Ogniwo PV umieszczono w specjalnie zaprojektowanej ramie ze stali nierdzewnej, dbając o odpowiednią izolację i uniknięcie zacienienia. Prototypowy układ przedstawiono na zdjęciu poniżej.

Kluczowa rola nowej pary redoks jod–brom

Drugim innowacyjnym elementem systemu jest zastosowanie wodnej pary redoks jod–brom (specjalna mieszanka chemiczna jodu i bromu, która przechowuje energię) o neutralnym pH. Naukowcy przeprowadzili szczegółowe badania tej kombinacji, analizując jej potencjał redoks, zakres napięcia roboczego oraz rozpuszczalność.

Stwierdzono, że charakterystyka pary jod–brom jest dobrze dopasowana do profilu pracy zastosowanego modułu fotowoltaicznego, co minimalizuje straty energii. Badania wykazały również korzystną odwracalność i stabilność elektrochemiczną tej pary redoks. Zastosowanie osmotycznie zbilansowanego elektrolitu dodatkowo poprawiło odwracalność cykli pracy baterii i utrzymanie pojemności rozładowania.

Wiem, brzmi to skomplikowanie, ale sens uzyskanych rezultatów jest taki, że odkryty nowy typ baterii redoks, działa jak chemiczny magazyn energii. Zamiast zwykłego akumulatora używa specjalnej mieszanki chemicznej (jodu i bromu), która przechowuje energię z paneli słonecznych. Bateria osiąga wydajność 9,54%, co oznacza, że potrafi zamienić niemal 10% energii słonecznej w energię chemiczną gotową do użycia później. W tego typu technologiach jest to jeden z najlepszych wyników na świecie.

Co równie istotne, maksymalna sprawność konwersji energii słonecznej na energię elektryczną na wyjściu (czyli sprawność całego cyklu) wyniosła 3,11% podczas nieprzerwanego, 36-godzinnego cyklu pracy. Jest to najdłuższy czas działania odnotowany dla jednokomorowych systemów SRFB. Opisywane rozwiązanie ma znacznie większe szanse być wykorzystanym jako magazyn energii, od medialnych, ale przydatnych wyłącznie w mikroelektronice baterii nuklearnych.

Znaczenie badań i przyszłość technologii

Opracowanie tak wydajnej i stabilnej słonecznej baterii przepływowej stanowi istotny krok w kierunku praktycznego wykorzystania tego typu technologii magazynowania energii. Zespół badawczy przewiduje, że przyszłe systemy SRFB na dużą skalę będą prawdopodobnie składać się z wielu połączonych ze sobą pojedynczych modułów, z których każdy będzie miał aktywną powierzchnię w zakresie 200–400 cm². Szczegółowe wyniki badań zostały opublikowane w artykule „A 25 cm² single Si-based solar redox flow battery with aqueous iodine-bromine redox couples” na łamach czasopisma „Journal of Power Sources”.

Źródło: Journal of Power Sources. Zdjęcie otwierające: OFC Pictures / Adobe Stock

Część odnośników to linki afiliacyjne lub linki do ofert naszych partnerów. Po kliknięciu możesz zapoznać się z ceną i dostępnością wybranego przez nas produktu – nie ponosisz żadnych kosztów, a jednocześnie wspierasz niezależność zespołu redakcyjnego.

Artykuł Nowa alternatywa dla magazynów energii. Powszechny problem może wreszcie zniknąć pochodzi z serwisu ANDROID.COM.PL - społeczność entuzjastów technologii.