Baterie revoluționară imprimată 3D, bazată pe fier, promite să accelereze tranziția la emisii nete zero

O baterie realizată prin imprimare 3D, dezvoltată la Queen's University Belfast, ar putea „să aibă un impact real” în drumul către emisii nete zero, afirmă cercetătorii care au lucrat la ea.

Bateriile de tip flow sunt considerate esențiale pentru extinderea utilizării energiei regenerabile, deoarece permit stocarea electricității pentru momentele în care vântul nu bate și soarele nu strălucește.

Aceste sisteme sunt însă costisitoare și folosesc, de regulă, un element metalic – vanadiul – produs în doar câteva regiuni ale lumii.

Acum, oamenii de știință de la QUB au creat o baterie pe bază de fier, un material mult mai ușor de obținut, și au trimis acest model în diverse țări pentru a ajuta la standardizarea cercetării.

Se speră că noua abordare va accelera revoluția energiei regenerabile, va face cercetarea mai fiabilă și va permite ca rezultatele obținute să poată fi extinse mai ușor la scară mare.

Cercetătorul postdoctoral dr. Hugh O'Connor a început să modifice proiectul bateriilor de tip flow atunci când a avut nevoie de una pentru doctoratul său și a constatat că un model comercial ar costa între 2.000 și 3.000 de lire sterline.

„Am început să le imprim 3D și am făcut o mulțime de mici ajustări. După foarte multe încercări și erori, în cele din urmă aceste baterii au început să funcționeze foarte bine.”

Celula pe care a imprimat-o i-a permis să efectueze testele necesare pentru teza de doctorat.

Când și-a comparat însă rezultatele cu alte studii, O'Connor a observat că îi lipsesc standardele clare de care avea nevoie.

„La diverse conferințe, întâlniri și discuții, am observat că și alți cercetători aveau aceeași problemă, iar mulți dintre colegii noștri erau foarte interesați de această muncă.

Dintr-odată ne-am trezit în situația în care aveam o celulă foarte bună și ieftină, iar toți încercam să rezolvăm același tip de problemă.”

Descoperirile de acest tip sunt, în mod obișnuit, monetizate de instituțiile de cercetare, care caută constant finanțare pentru a-și susține activitatea.

O'Connor a recunoscut că, pentru scurt timp, a luat „cinic” în calcul ideea de a vinde produsul colegilor.

După ce a discutat însă cu coordonatorul său, au decis să ofere gratuit proiectul întregii comunități internaționale de cercetare.

„Am privit-o ca pe o oportunitate de a ne extinde rețeaua, mai degrabă decât de a câștiga o sumă mică de bani, și credem că această abordare poate aduce un real beneficiu tehnologiei.”

Designul costă aproximativ 74 de lire sterline și include în jur de zece componente, de la piesele imprimate prin care circulă lichidul, până la membrană, garnituri, electrozi și colectori de curent.

Montajul necesită atenție, dar este simplificat de ghidul gratuit care însoțește kitul.

„A fost foarte important să trimitem participanților un fel de manual de instrucțiuni în stil Ikea.

Și cred că l-au urmat destul de bine.”

O baterie de tip flow este un dispozitiv care stochează energia în lichide, spre deosebire de bateriile litiu-ion, care o stochează în electrozi solizi.

În mod obișnuit, aceste lichide conțin elementul metalic vanadiu.

În scoarța terestră există mai mult vanadiu decât litiu, dar acest metal este mai greu accesibil și mai volatil din punct de vedere economic.

De aceea, chiar dacă bateriile de tip flow sunt considerate o posibilă „schimbare de joc” în cursa pentru energia regenerabilă și obiectivul de emisii nete zero, ele nu au fost dezvoltate pe scară largă, din cauza costurilor și a constrângerilor geopolitice.

Au fost realizate câteva baterii de mare capacitate în anumite regiuni, iar în unele țări europene au avut loc proiecte pilot.

Însă dezvoltarea la nivel global a fost îngreunată și de faptul că rezultatele cercetărilor sunt greu de comparat, din cauza diferențelor de echipamente și metode.

Posibilitatea de a reproduce aceleași rezultate cu echipamente identice în instituții diferite le oferă cercetătorilor, precum dr. Josh Bailey, dovezi robuste în care se pot baza.

În calitate de Illuminate Fellow la Școala de Chimie și Inginerie Chimică a QUB, el și echipa sa coordonează studii la care participă mai multe instituții din lume, toate folosind celula accesibilă imprimată 3D dezvoltată de O'Connor.

„Credem cu adevărat că bateriile de tip flow pot fi accelerate prin astfel de studii de reproductibilitate și că tehnologia poate fi implementată mai rapid dacă folosim cu toții aceleași standarde.

Dacă vrem cu toții să ajungem la 2050 cu emisii nete zero, mult mai mult din energia noastră electrică va trebui stocată în tehnologii de tip flow battery.”

QUB conduce aceste cercetări împreună cu mai multe universități din diferite regiuni ale lumii.

„E plăcut să știm că lucrurile pe care le-am creat aici sunt folosite peste tot și că lucrăm împreună pentru a îmbunătăți standardele în domeniul bateriilor de tip flow”, a spus Bailey.

Lumea se îndreaptă tot mai mult către energia regenerabilă.

La nivel global, sursele regenerabile au furnizat anul trecut mai multă electricitate decât cărbunele, iar unele state au înregistrat cele mai mari valori de producție regenerabilă din istorie.

Sunt însă necesare metode fiabile și accesibile de stocare, pentru ca această energie să poată fi utilizată când nu este suficient vânt sau soare.

Capacitatea de a stoca mai multă energie ar reduce și numărul de ore în care turbinele trebuie oprite pentru a nu afecta rețeaua atunci când cererea de electricitate este scăzută.

O'Connor și Bailey își extind acum munca, testând stive mai mari de celule imprimate pentru a vedea cum poate fi tehnologia aplicată în industrie.

„E una să te uiți la chimie și la un set de materiale la nivelul unei singure celule într-o hotă de laborator.

Este însă cu totul altceva să vezi ce se întâmplă când scalezi totul la o stivă.

Faptul că avem celula individuală, stiva și apoi sistemul complet ne pune pe traseul inovației și ne ajută să vedem până unde putem împinge chimia cu care lucrăm.”