Az egyetemi kutatók állítják, hogy az eljárás nem csak biztonságos, a környezetre veszélytelen anyagokból összeállítható energiatároló telepek létrehozásához vezetett, hanem azok drámai mértékben lelassuló cseréjéhez is. Meg vannak ugyanis arról győződve, hogy a vízalapú akkumulátorok akár tíz évig is működőképesek maradhatnak.

Hogyan lehet elkerülni a kapacitáscsökkenést?

Michael Aziz vegyészprofesszor és Roy Gordon anyagtudományokkal foglalkozó professzor vezetésével folyt a kutatás. Ahelyett azonban, hogy a Samsung Galaxy Note 7 túlhevülő akkumulátorának problémáját próbálták volna megoldani, a kutatók inkább a megújuló energiát kiaknázó iparág energiatárolási kihívásaira szerettek volna választ adni.

A folyadékok áramlására alapuló, úgynevezett flow akkumulátorok elképzelése nem új ötlet. Napjaink megoldásai azonban közel sem tökéletesek: néhány töltési és kisülési ciklust követően jelentős kapacitáscsökkenéssel nehezítik meg használóik életét. Ennek helyreállításához az elektrolit folyadék rendszeres karbantartására van szükség.

A pozitív és negatív elektrolitokra alapuló megoldások molekuláris struktúrájának módosításával és vízben való oldhatóságra felkészítésével a harvardi kutatócsapat olyan flow akkumulátort tudott alkotni, mely ezer töltés után is csupán kapacitása egy százalékát veszti el. Összehasonlításképp: a lítium-ionos telepek gyakran ki sem bírnak ezer töltést és kisütést.

Leszámoltak a korrózióval

Aziz szerint az amerikai egyetemen sikerült elérni az elektrolit PH-semleges vízben való feloldódását, így az energiatároló telep sokkal lassabban megy tönkre, mint napjaink akkumulátorai. És nem csak ezért helyezhetők le nyugodt szívvel az épületek pincéibe: ha netalán valamilyen fizikai hatást követően sérülés keletkezne benne, akkor a padlóra kifolyó anyag nem tenne kárt a betonban.

Mivel nem korrozív, ezért az akkumulátor egyéb elemeit – a tartályt, a pumpákat – sem kell felkészíteni olyan savas környezetre, ami gyorsan tönkretehetné ezeket. Vagyis olcsóbb anyagokat lehet használni, árulta el a harvardi professzor. Ha pedig olcsóbb lehet az akkumulátor, akkor kikerülhető az otthoni energiatermelő rendszerek hálózatba való bekötésének kényszere, így még gazdaságosabbá válhat a megújuló energiák használata, javuló megbízhatóság mellett.

Nem elhanyagolható szempont, hogy ezzel tehermentesíteni lehetne az országos energiahálózatokat a megújulók jelentette (túl)termelési csúcsoktól.

Bemutatjuk a bűnöst: a szerves oldószereket

Ahhoz, hogy létrehozhassák megoldásukat, a harvardiaknak arra kellett rájönniük, miért bomlanak le olyan gyorsan a jelenleg használt akkumulátorokban a viologén molekulák. Miután felfedezték ennek okát, molekuláris struktúrájuk módosításával ellenállóbbá tették őket.

Ezt követően a kutatócsapat az elektrokémiai tulajdonságairól ismert molekulát, a ferrocént kezdte vizsgálni, hogy pozitív elektrolitot hozhassanak létre belőle. Az anyag remekül használható töltéstárolásra, de egyáltalán nem oldódik fel a vízben, ismertették a problémát a tudósok. Alkalmazása ezért szerves oldószereket igényel, ami nem csak drága, de gyúlékony is.

A ferrocén molekuláris struktúrájának a viologén molekulákhoz hasonló módon történő megbabrálásával a korábban vízben egyáltalán nem oldódó ferrocén molekulákat sikerült vízben nagymértékben oldódóvá tenni. Ezzel pedig a flow akkumulátorokban használt molekulák teljesen új osztályát teremtette meg a harvardi kutatócsapat.

Az így létrejött PH-semleges folyadék a már fent említett módon csökkenti a költségeket: nem igényli drága, korróziónak ellenálló anyagok használatát például az akkumulátor pozitív és negatív oldalát elválasztó ion-szelekítv membránok esetében. Egyébként pont ez az összetevő bizonyult hibásnak a Samsung Galaxy Note 7-eseknél, okozott tüzeket és dollármilliárdos kárt a dél-koreaiaknak.