Szilikát alapú akkumulátorok – új távlatok az energiatárolás világában?

A Worcester Műszaki Intézet kutatói új mérföldkövet értek el a Thomas Edison által több mint egy évszázada kifejlesztett vas-nikkel akkumulátor technológia modernizálásában. Az általuk felfedezett forradalmi megoldás lényege, hogy szilikát hozzáadásával az akkumulátor elektrolitjához jelentősen csökkentik a töltési és kisütési folyamatok során keletkező gázok mennyiségét. Ennek következtében nemcsak az akkumulátor teljesítménye, hanem a biztonsága és élettartama is javul, ráadásul környezetbarátabbá válik az üzemeltetése. Ez az innováció ígéretes alternatívát kínál a lítiumion-akkumulátorokkal szemben, különösen a nagy kapacitású hálózati energiatárolás területén.

A megújuló energiaforrások elterjedése révén a villamosenergia-rendszerek stabilitásának megőrzése egyre nagyobb kihívás elé állítja a szakembereket, így elengedhetetlenné vált a megbízható energiatárolási technológiák innovatív fejlesztése. A jelenlegi megoldások, mint például a népszerű lítiumion-akkumulátorok, számos hátránnyal bírnak. Ezek közé tartozik a magas költség, a gyártás során keletkező jelentős környezeti terhelés, valamint a bennük felhasznált kritikus nyersanyagok, mint a lítium, nikkel és kobalt, korlátozott rendelkezésre állása. Ráadásul sok esetben ezek az anyagok konfliktuszónákban kerülnek kitermelésre, ami ellátási kockázatokat is jelent. Ezért világszerte számos kutatás célja, hogy olcsóbb és könnyen hozzáférhető anyagokból olyan hatékony energiatároló rendszereket fejlesszenek ki, amelyek csökkenthetik a jövőbeli ellátási problémákat és a környezeti hatásokat.

Ebbe a trendbe illeszkedik a több energiatárolási és fenntartható energetikai megoldáson is dolgozó amerikai műszaki egyetem, a Worcester Műszaki Intézet (Worcester Polytechnic Institute, WPI) kutatóinak legújabb fejlesztése, hiszen annak használatával a fenti problémák egy része kiküszöbölhetővé válna. A tudósok ugyanis felfedezték, hogy ha a hagyományos vas-nikkel akkumulátorokhoz szilikátot adnak, akkor az jelentősen javítja a teljesítményük, és csökkenti a használatukkal járó problémákat. Az anyag ugyanis az elektroliba keverve meggátolja a hidrogéngáz képződését, ezáltal a tárolókban nem keletkezik túlnyomás, és robbanásveszély sem áll elő. Az akkumulátor ráadásul nemcsak biztonságosabban működik, de élettartama és hatékonysága is megnő, mivel a szilikát stabilizálja az elektródák, valamint az elektrolit közötti reakciókat, ezzel pedig megakadályozza, hogy a kisütés során reakcióképtelen vas-oxid alakuljon ki.

A technológia előnye, hogy az ahhoz szükséges alapanyagok sokkal könnyebben beszerezhetők, mint a lítiumos akkumulátorok esetében. Például a vas, amely a második leggyakoribb fém, és a negyedik legelterjedtebb elem a Földön, világszerte széles körben újrahasznosításra kerül. Az Egyesült Államokban évente több mint 40 millió tonna vas- és acélhulladékot dolgoznak fel, ami figyelemre méltó mennyiség. Ezen kívül a szilikát is költséghatékony és könnyen hozzáférhető, hiszen a vegyület alapját képező oxigén és szilícium a Föld leggyakoribb elemei közé tartozik.

A harmadik kulcsfontosságú összetevő, a nikkel, bár csak a 23. leggyakoribb elem a Földön, mégis jelentős szerepet játszhat a technológiai fejlődésben. Más vasalapú energiatárolási megoldások, mint például a nemrégiben kifejlesztett, költséghatékony vas-levegő akkumulátorok, szintén hasznosíthatják ezt az elemet. Méretük miatt azonban ezek az akkumulátorok elsősorban a nagyméretű energiatárolási rendszerekben, mint például különböző hálózatokban, mutathatják meg igazán a potenciáljukat.

A WPI fejlesztése forradalmi lehetőségeket kínál az energiatárolás terén, hiszen ötvözi a gazdasági hatékonyságot, a megbízhatóságot és a fenntarthatóságot. Az eddigi eredmények azt mutatják, hogy ez a technológia képes komoly versenytársává válni a lítiumion-rendszereknek, különösen a hálózati és ipari felhasználásokban. Az ilyen innovációk kulcsszerepet játszhatnak az energiaátmenet megvalósításában, mivel költséghatékony megoldásaik révén szélesebb körben elérhetők lehetnek, így hozzájárulhatnak ahhoz, hogy a megújuló energiaforrások valóban stabil alapot nyújtsanak a jövő villamosenergia-ellátásához.