Ερευνητική ομάδα που συνεργάζεται με το UNIST, ανακάλυψε μέθοδο η οποία είναι οικονομικά αποδοτική η οποία προσφέρει μια αξιόπιστη πηγή ενέργειας για εγκαταστάσεις υψηλής ζήτησης
Μια ερευνητική ομάδα που συνεργάζεται με το UNIST πέτυχε μια σημαντική ανακάλυψη στην ανάπτυξη οικονομικά αποδοτικών, μεγάλης κλίμακας συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας (ESS) και συγκεκριμένα στις μπαταρίες ροής οξειδοαναγωγής σιδήρου-χρωμίου (ICRFB).
Αυτές οι μπαταρίες (γνωστές για την ασφάλεια, την προσιτή τιμή και την καταλληλότητά τους για εφαρμογές σε επίπεδο δικτύου), προσφέρουν μια αξιόπιστη πηγή ενέργειας για εγκαταστάσεις υψηλής ζήτησης, όπως κέντρα δεδομένων, εξαλείφοντας παράλληλα τους κινδύνους που σχετίζονται με εύφλεκτους ηλεκτρολύτες.
Με επικεφαλής τον καθηγητή Hyun-Wook Lee του Τμήματος Χημείας Ενέργειας, η ομάδα απέδειξε ότι η επικάλυψη των ηλεκτροδίων με βισμούθιο (Bi) βελτιώνει δραματικά την απόδοση της μπαταρίας.
Αυτή η απλή τροποποίηση της επιφάνειας επιταχύνει τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής του χρωμίου (πάνω από 10 φορές) και καταστέλλει την παρασιτική έκλυση υδρογόνου, με αποτέλεσμα υψηλότερη ενεργειακή απόδοση και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.
Τι ακριβώς κάνουν οι ICRFB
Οι ICRFB χρησιμοποιούν υδατικά διαλύματα που περιέχουν σίδηρο και χρώμιο, τα οποία αποθηκεύονται ξεχωριστά και κυκλοφορούν μέσω ηλεκτροδίων κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση. Οι ηλεκτρολύτες με βάση το νερό εξαλείφουν τους κινδύνους έκρηξης, ενώ η αφθονία και το χαμηλό κόστος σιδήρου και χρωμίου καθιστούν αυτές τις μπαταρίες εξαιρετικά ελκυστικές για μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη.
Ωστόσο, προκλήσεις όπως η αργή κινητική της αντίδρασης χρωμίου και οι παράπλευρες αντιδράσεις (ιδιαίτερα η έκλυση υδρογόνου), έχουν περιορίσει την πρακτική τους χρήση.
Η υπέρβαση αυτών των ζητημάτων είναι κρίσιμη για την επίτευξη ανθεκτικών, υψηλής απόδοσης λειτουργιών.
Αποτελέσματα από τη νέα προσέγγιση
Στην τελευταία τους δημοσίευση στο Journal of Materials Chemistry A, ο καθηγητής Lee και η ομάδα του εισήγαγαν μια καινοτόμο προσέγγιση που βασίζεται στη μηχανική διεπαφών.
Με την ηλεκτροαπόθεση βισμούθιου στις επιφάνειες των ηλεκτροδίων, πέτυχαν δύο βασικά αποτελέσματα: (1) Επιτάχυνση της κινητικής μεταφοράς φορτίου για το Cr³⁺/Cr²⁺ (περίπου 10 φορές αύξηση) και (2) Καταστολή της αντίδρασης έκλυσης υδρογόνου (HER), μετατοπίζοντας την έναρξή της σε πιο αρνητικά δυναμικά.
Αυτή η διπλή καταλυτική και αντικαταλυτική συμπεριφορά επιτρέπει σταθερή λειτουργία σε περισσότερους από 500 κύκλους, με μέση ενεργειακή απόδοση 75,22%. Αξιοσημείωτο είναι ότι η απόδοση Κουλομβικής τιμής έφτασε το 99,29%, υποδεικνύοντας ότι σχεδόν όλα τα εγχυόμενα ηλεκτρόνια συνέβαλαν σε χρήσιμες ηλεκτροχημικές αντιδράσεις.
Δυνατότητα χρήσης για σκόπιμη καταστολή ανεπιθύμητων παράπλευρων αντιδράσεων
Ο καθηγητής Lee δήλωσε: «Αυτή η εργασία καταδεικνύει ότι ο σχεδιασμός της διεπαφής ηλεκτροδίων μπορεί να κάνει περισσότερα από το να καταλύει απλώς τις επιθυμητές αντιδράσεις. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την σκόπιμη καταστολή ανεπιθύμητων παράπλευρων αντιδράσεων. Αυτή η διπλή στρατηγική ανοίγει νέους δρόμους για το σχεδιασμό πιο ανθεκτικών και αποτελεσματικών υδατικών RFB.
Η ανακάλυψη του εξακυανοχρωμικού ως μεσολαβητή οξειδοαναγωγής χρωμίου με βάση ανιόντα ήταν μια καθοριστική στιγμή στην επιστημονική μου καριέρα. Από την αρχική μας έκθεση στο Advanced Energy Materials (2023), η ομάδα μας συνέχισε να διερευνά αυτή τη χημεία, οδηγώντας σε πολλαπλές δημοσιεύσεις και βαθύτερες γνώσεις σχετικά με τον τρόπο αξιοποίησης των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής με βάση ανιόντα για πρακτικές λύσεις αποθήκευσης ενέργειας».
Ο καθηγητής Lee κατέληξε στο συμπέρασμα: «Είμαστε ενθουσιασμένοι που συνεχίζουμε να διευρύνουμε τα όρια της οξειδοαναγωγικής χημείας με βάση ανιόντα για να αναπτύξουμε τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας μεγαλύτερης διάρκειας, ασφαλέστερες και πιο οικονομικές - κρίσιμα συστατικά για ένα βιώσιμο ενεργειακό μέλλον».
www.worldenergynews.gr
