Naučnici sa Univerziteta u Sariju napravili su značajan pomak u razvoju ekološki prihvatljivih baterija, razvivši sistem koji ne samo da skladišti više energije, već potencijalno može pomoći u smanjenju emisije štetnih gasova.
Ove litijum–CO₂ „disajuće“ baterije proizvode električnu energiju dok istovremeno apsorbuju ugljen-dioksid, što ih čini održivijom alternativom koja bi u budućnosti mogla nadmašiti konvencionalne litijum-jonske baterije.
Problemi starih baterija i novo rešenje
Ranije su litijum–CO₂ baterije imale ozbiljne probleme sa efikasnošću – brzo su se trošile, bilo ih je teško puniti i oslanjale su se na skupe i retke materijale poput platine. Istraživači sa Univerziteta u Sariju rešili su ove probleme uvođenjem jeftinog katalizatora zvanog cezijum fosfomolibdat (CPM).
Kombinacijom kompjuterskog modelovanja i laboratorijskih testova otkrili su da ova jednostavna promena omogućava baterijama da skladište znatno više energije, zahtevaju mnogo manje snage za punjenje i mogu pouzdano da rade duže od 100 ciklusa.
Potencijalni uticaj na emisije i istraživanje svemira
Istraživanje objavljeno u časopisu Advanced Science predstavlja ohrabrujući korak ka primeni u stvarnom svetu. Ako ova tehnologija dođe na tržište, mogla bi da pomogne u smanjenju emisije gasova iz vozila i industrijskih postrojenja. Naučnici takođe veruju da bi se ove baterije mogle koristiti i na Marsu, gde atmosfera sadrži 95% ugljen-dioksida.
Izjava vodećeg istraživača
Dr Sidart Gadkari, predavač hemijskog inženjerstva procesa na Univerzitetu u Sariju i jedan od glavnih autora studije, izjavio je:
„Postoji sve veća potreba za rešenjima za skladištenje energije koja podržavaju naš prelaz ka obnovljivim izvorima energije, a ujedno se bore i protiv klimatskih promena. Naš rad na litijum–CO₂ baterijama bi mogao biti prekretnica u ostvarivanju tog cilja.“
On je dodao:
„Jedan od najvećih izazova sa ovim baterijama je takozvani ‘overpotencijal’ – dodatna energija koja je potrebna da bi se hemijska reakcija uopšte pokrenula. To možete zamisliti kao vožnju bicikla uzbrdo pre nego što možete da se opustite u vožnji nizbrdo. Pokazali smo da CPM poravnava tu ‘brdo’, što znači da baterija gubi daleko manje energije tokom svakog ciklusa punjenja i pražnjenja.“
Stabilna hemija potvrđena testiranjem
Kako bi razumeli zašto CPM deluje tako dobro, timovi sa Škole hemije i hemijskog inženjerstva, kao i iz Naprednog tehnološkog instituta, primenili su dva pristupa. Prvo su demontirali bateriju nakon više ciklusa punjenja i pražnjenja kako bi proučili hemijske promene unutar nje.
Ovi „postmortem“ testovi su pokazali da se litijum-karbonat – jedinjenje koje nastaje apsorpcijom CO₂ – može pouzdano stvarati i uklanjati, što je od suštinskog značaja za dugotrajnu upotrebu baterije.
Simulacije pokazale kako CPM deluje
Zatim su se okrenuli kompjuterskom modelovanju uz pomoć metode poznate kao teorija funkcionala gustine (DFT), koja omogućava istraživanje kako se hemijske reakcije odvijaju na površini materijala. Rezultati su pokazali da stabilna i porozna struktura CPM-a pruža idealnu podlogu za ključne hemijske reakcije.
Dr Daniel Komandeur, istraživač na Univerzitetu u Sariju i jedan od autora studije, istakao je:
„Ono što je uzbudljivo u vezi sa ovim otkrićem jeste kombinacija dobrih performansi i jednostavnosti. Pokazali smo da je moguće napraviti efikasne litijum–CO₂ baterije koristeći pristupačne i lako dostupne materijale – bez potrebe za retkim metalima. Naši rezultati takođe otvaraju mogućnost za projektovanje još boljih katalizatora u budućnosti.“
Put ka praktičnim rešenjima za skladištenje čiste energije
Ovo otkriće otvara nove mogućnosti za razvoj još boljih, jeftinijih i jednostavnijih materijala za baterije. Uz dalja istraživanja o interakciji između katalizatora, elektroda i elektrolita, litijum–CO₂ baterije bi mogle postati praktično i širokorasprostranjeno rešenje za skladištenje čiste energije i smanjenje ugljen-dioksida u atmosferi.
