Επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Surrey πέτυχαν μια σημαντική πρόοδο στην τεχνολογία φιλικών προς το περιβάλλον μπαταριών, αναπτύσσοντας ένα σύστημα που όχι μόνο αποθηκεύει περισσότερη ενέργεια αλλά και μπορεί να βοηθήσει στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου.
Αυτές οι μπαταρίες λιθίου-CO₂ παράγουν ενέργεια ενώ ταυτόχρονα απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα, προσφέροντας μια πιο βιώσιμη επιλογή που ενδεχομένως να ξεπεράσει τις παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Οι μπαταρίες του μέλλοντος: Καταλύτης χαμηλού κόστους λύνει τα προβλήματα απόδοσης
Στο παρελθόν, οι μπαταρίες λιθίου-CO₂ αντιμετώπιζαν προβλήματα απόδοσης. Φθείρονταν γρήγορα, ήταν δύσκολο να επαναφορτιστούν και εξαρτιόνταν από ακριβά, σπάνια υλικά όπως η πλατίνα. Οι ερευνητές στο Surrey έλυσαν αυτά τα προβλήματα εισάγοντας έναν φθηνό καταλύτη που ονομάζεται φωσφομολυβδινικό καίσιο (CPM).
Μέσω ενός συνδυασμού υπολογιστικής μοντελοποίησης και εργαστηριακών δοκιμών, διαπίστωσαν ότι αυτή η απλή αλλαγή επέτρεψε στις μπαταρίες να αποθηκεύουν πολύ περισσότερη ενέργεια, να απαιτούν σημαντικά λιγότερη ισχύ για να φορτίσουν και να λειτουργούν αξιόπιστα για περισσότερους από 100 κύκλους.
Δυνητικός αντίκτυπος στις εκπομπές και την εξερεύνηση του διαστήματος
Η μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο Advanced Science, αποτελεί ένα ελπιδοφόρο βήμα προς την πραγματική χρήση. Αν κυκλοφορήσουν στην αγορά, αυτές οι μπαταρίες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη μείωση των εκπομπών από οχήματα και βιομηχανικές πηγές. Οι επιστήμονες επίσης πιστεύουν ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στον Άρη, όπου η ατμόσφαιρα αποτελείται κατά 95% από διοξείδιο του άνθρακα.
Οι μπαταρίες λιθίου-CO₂
Ο Dr. Siddharth Gadkari, λέκτορας Χημικής Μηχανικής Διεργασιών στο Πανεπιστήμιο του Surrey και αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε:
«Υπάρχει μια αυξανόμενη ανάγκη για λύσεις αποθήκευσης ενέργειας που να υποστηρίζουν τη μετάβασή μας προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ενώ παράλληλα αντιμετωπίζουν την απειλή της κλιματικής αλλαγής. Η δουλειά μας στις μπαταρίες λιθίου–CO₂ είναι ένα πιθανό ορόσημο για να γίνει αυτό το όραμα πραγματικότητα».
«Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις με αυτές τις μπαταρίες είναι κάτι που ονομάζεται “υπέρταση” – η επιπλέον ενέργεια που απαιτείται για να ξεκινήσει η αντίδραση. Μπορείτε να το σκεφτείτε σα να κάνετε ποδήλατο σε ανηφόρα πριν αρχίσετε να κυλάτε. Αυτό που δείξαμε είναι ότι το CPM ισοπεδώνει αυτή την ανηφόρα, πράγμα που σημαίνει ότι η μπαταρία χάνει πολύ λιγότερη ενέργεια σε κάθε φόρτιση και εκφόρτιση».
Η συμβολή του Dr. Daniel Commandeur και της υπολογιστικής μοντελοποίησης
Στη συνέχεια στράφηκαν σε υπολογιστική μοντελοποίηση χρησιμοποιώντας τη θεωρία λειτουργικού πυκνότητας (DFT), η οποία επιτρέπει στους ερευνητές να εξερευνήσουν πώς εκτυλίσσονται οι αντιδράσεις στην επιφάνεια του υλικού. Τα αποτελέσματα έδειξαν πώς η σταθερή, πορώδης δομή του CPM προσέφερε την ιδανική επιφάνεια για βασικές χημικές αντιδράσεις.
Ο Dr. Daniel Commandeur, Future Fellow στο Πανεπιστήμιο του Surrey και αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε:
«Αυτό που είναι συναρπαστικό με αυτή την ανακάλυψη είναι ότι συνδυάζει ισχυρή απόδοση με απλότητα. Δείξαμε ότι είναι δυνατό να κατασκευαστούν αποδοτικές μπαταρίες λιθίου-CO₂ χρησιμοποιώντας προσιτά, κλιμακούμενα υλικά – χωρίς την ανάγκη για σπάνια μέταλλα. Τα ευρήματά μας ανοίγουν επίσης τον δρόμο για το σχεδιασμό ακόμα καλύτερων καταλυτών στο μέλλον».
Το μέλλον των φτηνών και αποτελεσματικών υλικών αποθήκευσης ενέργειας
Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει νέους δρόμους για την ανάπτυξη ακόμη καλύτερων, φθηνών και εύκολων στην κατασκευή υλικών για μπαταρίες. Με περαιτέρω έρευνα για το πώς αυτοί οι καταλύτες αλληλεπιδρούν με ηλεκτρόδια και ηλεκτρολύτες, οι μπαταρίες λιθίου -CO₂ θα μπορούσαν να γίνουν μια πρακτική, επεκτάσιμη λύση για την αποθήκευση καθαρής ενέργειας, ενώ ταυτόχρονα θα συμβάλλουν στη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.
Παραπομπή:
«Εξαιρετικά χαμηλό υπερδυναμικό σε επαναφορτιζόμενες μπαταρίες λιθίου-CO2 ενεργοποιημένες από φωσφομολυβδαινικό καίσιο ως αποτελεσματικός καταλύτης οξειδοαναγωγής» από τους Mahsa Masoudi, Neubi F. Xavier Jr, James Wright, Thomas M Roseveare, Steven Hinder, Vlad Stolojan, Qiong Cai, Single Comdeur, Robert CT 30 Απριλίου 2025, Advanced Science .
DOI: 10.1002/advs.202502553