Obecnie wykorzystywane przez ludzkość źródła energii poważnie zanieczyszczają naszą planetę. W przyszłości będziemy musieli w coraz większym stopniu wykorzystywać czystą energię. Najłatwiej dostępne z nich, energia słoneczna i wiatrowa, wymagają jednak efektywnych systemów przechowywania.

Organiczne akumulatory przepływowe to potencjalnie tańsze i bezpieczniejsze alternatywy wobec akumulatorów litowo-jonowych czy wanadowych akumulatorów przepływowych. W ubiegłym roku dzięki pracom naukowców z Uniwersytetu Harvarda akumulatory takie mogą zrewolucjonizować przechowywanie energii. Teraz ci sami uczeni stworzyli molekułę, która umożliwia skomercjalizowanie takich systemów, zapewniając im trwałość na wiele lat.

Chinon Matuzalem to dzieło profesorów Roya Gordona i Michaela Aziza z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Zaprojektowaliśmy i stworzyliśmy nowy środek organiczny, który może przechowywać energię elektryczną i charakteryzuje się długotrwałą żywotnością. Zbadaliśmy proces degradacji molekuł, które wcześniej używaliśmy w organicznych akumulatorach przepływowych. A później stworzyliśmy nowe, bardziej stabilne molekuły, mówi profesor Gordon.

Poprzednio zaprezentowaliśmy urządzenie o wysokiej trwałości, ale dostarczające niskiego napięcia, co oznaczało niską gęstość przechowywanej energii, czyli wysoki koszt przechowywania danej ilości energii. Teraz mamy pierwszą molekułę, która jest zarówno długookresowo stabilna oraz dostarcza napięcie przekraczające jeden wolt. To wartość powszechnie uważana za taką, poza którą akumulator nadaje się do komercyjnego wdrożenia. Sądzę, że mamy tutaj pierwszy organiczny akumulator przepływowy, który spełnia wszystkie kryteria techniczne wymagane do zaimplementowania w praktyce, dodaje profesor Aziz.

Matuzalem to zmodyfikowany chinon, przedstawiciel powszechnie występującej molekuły towarzyszącej wielu procesom biologicznym. Badania laboratoryjne wykazały, że tempo degradacji molekuły wynosi mniej niż 0,01% na dzień i mniej niż 0,001% na cykl ładowania/rozładowania. Po ekstrapolacji okazuje się, że tempo degradacji nowej molekuły wynosi mniej niż 3% rocznie, a wykorzystujący ją akumulator wytrzyma dziesiątki tysięcy cykli ładowania/rozładowania.

Dodatkową zaletą chinonu Matuzalem jest jego wysoka rozpuszczalność, co oznacza, że pozwala na przechowywanie większej ilości energii w mniejszej objętości. Molekuła pracuje w środowisku lekko zasadowym, dzięki czemu można obniżyć koszt akumulatora poprzez użycie tańszych materiałów na obudowę i taniej polimerowej membrany oddzielającej anodę od katody.

To bardzo ważne badania i olbrzymi postęp w kierunku tanich wytrzymałych akumulatorów przepływowych. Takie urządzenia pozwolą na dołączenie do sieci energetycznej coraz większej liczby źródeł czystej, ale kapryśnej, zielonej energii, powiedział Imre Gyuk, który w Biurze ds. Elektryczności Departamentu Energii jest odpowiedzialny za projekty przechowywania energii elektrycznej. Departament Energii jest jednym ze sponsorów badań Aziza i Gordona.

 

Źródło: Science Daily, KopalniaWiedzy, https://www.seas.harvard.edu/news/2018/07/organic-mega-flow-battery-transcends-lifetime-voltage-thresholds