Μια εντυπωσιακή ανατροπή φέρνει η ερευνητική ομάδα του Georgia Tech στον χώρο των τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας.
Σε αντίθεση με ό,τι ισχύει για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, όπου η γρήγορη φόρτιση συχνά μειώνει τη διάρκεια ζωής τους, οι μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου φαίνεται να ευδοκιμούν όταν φορτίζονται ταχύτερα.
Η μελέτη, με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Hailong Chen από τη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του Georgia Tech, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η γρήγορη φόρτιση όχι μόνο δεν υποβαθμίζει τις μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου, αλλά αντιθέτως βελτιώνει την απόδοσή τους και περιορίζει τον σχηματισμό δενδριτών — μεταλλικών εξογκωμάτων που μπορούν να προκαλέσουν βραχυκυκλώματα και να μειώσουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
«Διαπιστώσαμε ότι η ταχύτερη φόρτιση καταστέλλει τη δημιουργία δενδριτών, αντί να την επιταχύνει», σημειώνει ο Chen.
Κατά τη διαδικασία φόρτισης, ο ψευδάργυρος δεν δημιουργεί αιχμηρές αποθέσεις, αλλά διαμορφώνεται σε ομοιόμορφα, πυκνά στρώματα – μια δομή που ενισχύει τη σταθερότητα και αυξάνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Ο ψευδάργυρος αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική στο λίθιο καθώς είναι πιο οικονομικός, πιο ασφαλής και περισσότερο διαθέσιμος παγκοσμίως. Ωστόσο, η τάση δημιουργίας δενδριτών κατά τη φόρτιση αποτελούσε μέχρι σήμερα σημαντικό περιορισμό για τη χρήση του σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας.
Με αυτή την ανακάλυψη, όμως, το βασικό εμπόδιο φαίνεται να ξεπερνιέται. Η άνοδος έχει πλέον βελτιστοποιηθεί. Το επόμενο βήμα είναι η αναβάθμιση της κάθοδο για να συμβαδίζει σε απόδοση και ανθεκτικότητα.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα ειδικά κατασκευασμένο εργαλείο, το οποίο τους επέτρεψε να παρακολουθούν σε πραγματικό χρόνο τη συμπεριφορά του ψευδαργύρου υπό διαφορετικούς ρυθμούς φόρτισης. Σε αντίθεση με την παραδοσιακή μεθοδολογία, όπου εξετάζεται μία μεταβλητή τη φορά, η ομάδα του Georgia Tech κατάφερε να αναλύσει μεγάλο αριθμό δειγμάτων ταυτόχρονα και να εντοπίσει μοτίβα που υπό κανονικές συνθήκες θα περνούσαν απαρατήρητα.
«Δεν παρατηρούσαμε απλώς αν η μπαταρία λειτουργούσε. Βλέπαμε τη δομή του υλικού να εξελίσσεται ζωντανά κατά τη φόρτιση», εξηγεί ο Chen.
Αν και η συγκεκριμένη τεχνολογία δεν στοχεύει στη γρήγορη φόρτιση κινητών συσκευών, ανοίγει σημαντικούς ορίζοντες για σταθερές εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας. Οι μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου ενδέχεται στο άμεσο μέλλον να χρησιμοποιηθούν:
Σε συστήματα αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας για οικιακή χρήση
Για σταθεροποίηση δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας
Ως οικονομικά αποδοτικές εφεδρικές λύσεις για κρίσιμες εγκαταστάσεις, όπως νοσοκομεία ή data centers
Καθώς οι τιμές του λιθίου παραμένουν ασταθείς και οι εφοδιαστικές αλυσίδες υπό πίεση, οι μπαταρίες ψευδαργύρου αποκτούν ακόμα μεγαλύτερο ενδιαφέρον από την αγορά.
Ο Chen εκτιμά ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να είναι έτοιμη για εμπορική αξιοποίηση μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια.
Συμπερασματικά, η ανακάλυψη αυτή ανατρέπει θεμελιώδεις αντιλήψεις γύρω από τη γρήγορη φόρτιση και δημιουργεί νέες δυνατότητες για τη βιώσιμη αποθήκευση ενέργειας. Με χαμηλότερο κόστος, μεγαλύτερη ασφάλεια και εντυπωσιακή αντοχή, οι μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου μπορεί να είναι το κλειδί για την επόμενη γενιά «έξυπνων» ενεργειακών λύσεων.
