" Μια ομάδα του Πανεπιστημίου Northwestern μετέτρεψε ένα βιομηχανικό απόβλητο σε μπαταρία για την αποθήκευση βιώσιμης ενέργειας. Ενώ πολλές επαναλήψεις αυτών των μπαταριών βρίσκονται σε παραγωγή ή ερευνώνται για εφαρμογές σε κλίμακα δικτύου, η χρήση ενός μορίου αποβλήτων, στην προκειμένη περίπτωση, του οξειδίου της τριφαινυλοφωσφίνης (TPPO), δεν έχει γίνει ποτέ πριν.
Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στα τηλέφωνα, τις συσκευές, ακόμη και τα αυτοκίνητά μας βασίζονται σε μέταλλα όπως το λίθιο και το κοβάλτιο, τα οποία προέρχονται από εντατικές και μερικές φορές εκμεταλλευτικές εξορυκτικές εργασίες. Η ζήτηση για αυτά τα κρίσιμα μέταλλα αναμένεται να εκτοξευθεί στα ύψη τις επόμενες δεκαετίες.
Ταυτόχρονα, χιλιάδες τόνοι του γνωστού χημικού υποπροϊόντος TPPO παράγονται κάθε χρόνο από πολλές διεργασίες οργανικής βιομηχανικής σύνθεσης, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής συμπληρωμάτων βιταμινών, αλλά καθίστανται άχρηστα και πρέπει να απορρίπτονται προσεκτικά μετά την παραγωγή.
Σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε την περασμένη εβδομάδα στο περιοδικό της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας, μια αντίδραση «ενός δοχείου» επιτρέπει στους χημικούς να μετατρέψουν το TPPO σε ένα χρησιμοποιήσιμο προϊόν με ισχυρή δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας, ανοίγοντας την πόρτα για τη μελλοντική βιωσιμότητα ενός τύπου μπαταρίας που έχει φανταστεί εδώ και καιρό και ονομάζεται μπαταρίες «οξειδοαναγωγικής ροής».
«Η έρευνα για τις μπαταρίες παραδοσιακά κυριαρχείται από μηχανικούς και επιστήμονες υλικών», δήλωσε ο χημικός του Northwestern και επικεφαλής συγγραφέας Christian Malapit. «Οι συνθετικοί χημικοί μπορούν να συνεισφέρουν στον τομέα αυτό με τη μοριακή μηχανική ενός οργανικού προϊόντος αποβλήτων σε ένα μόριο αποθήκευσης ενέργειας. Η ανακάλυψή μας αναδεικνύει τη δυνατότητα μετατροπής των ενώσεων αποβλήτων σε πολύτιμους πόρους, προσφέροντας μια βιώσιμη οδό για την καινοτομία στην τεχνολογία των μπαταριών».
Η αγορά των μπαταριών ροής οξειδοαναγωγής αναμένεται να αυξηθεί κατά 15% μεταξύ 2023 και 2030 και να φτάσει σε αξία 720 εκατομμυρίων δολαρίων παγκοσμίως. Σε αντίθεση με τις μπαταρίες λιθίου και άλλες μπαταρίες στερεάς κατάστασης που αποθηκεύουν ενέργεια στα ηλεκτρόδια, οι μπαταρίες ροής οξειδοαναγωγής χρησιμοποιούν μια χημική αντίδραση για την άντληση ενέργειας μπρος-πίσω μεταξύ ηλεκτρολυτών, όπου αποθηκεύεται η ενέργειά τους. Αν και δεν είναι τόσο αποτελεσματικές στην αποθήκευση ενέργειας, οι μπαταρίες ροής οξειδοαναγωγής θεωρείται ότι αποτελούν πολύ καλύτερες λύσεις για την αποθήκευση ενέργειας, αν όχι στα κινητά μας τηλέφωνα, στην κλίμακα του ίδιου του δικτύου.
«Όχι μόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα οργανικό μόριο, αλλά μπορεί επίσης να επιτύχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα – πλησιάζοντας τους ανταγωνιστές του που βασίζονται σε μέταλλα – μαζί με υψηλή σταθερότητα», δήλωσε η Emily Mahoney, υποψήφια διδάκτωρ στο εργαστήριο Malapit και πρώτη συγγραφέας του άρθρου. «Αυτές οι δύο παράμετροι είναι παραδοσιακά δύσκολο να βελτιστοποιηθούν μαζί, οπότε το να μπορούμε να το δείξουμε αυτό για ένα μόριο που προέρχεται από απόβλητα είναι ιδιαίτερα συναρπαστικό».
Για να επιτευχθεί τόσο η ενεργειακή πυκνότητα όσο και η σταθερότητα, η ομάδα έπρεπε να προσδιορίσει μια στρατηγική που θα επέτρεπε στα ηλεκτρόνια να συσσωρεύονται σφιχτά στο διάλυμα χωρίς να χάνουν την αποθηκευτική τους ικανότητα με την πάροδο του χρόνου. Κοίταξαν στο παρελθόν και βρήκαν μια εργασία του 1968 που περιέγραφε την ηλεκτροχημεία των οξειδίων φωσφίνης και, σύμφωνα με τον Mahoney, «έτρεξαν με αυτήν».
Στη συνέχεια, για να αξιολογήσει την ανθεκτικότητα του μορίου ως δυνητικού παράγοντα αποθήκευσης ενέργειας, η ομάδα πραγματοποίησε δοκιμές χρησιμοποιώντας πειράματα στατικής ηλεκτροχημικής φόρτισης και εκφόρτισης, παρόμοια με τη διαδικασία φόρτισης μιας μπαταρίας, τη χρήση της μπαταρίας και, στη συνέχεια, την εκ νέου φόρτιση, ξανά και ξανά. Μετά από 350 κύκλους, η μπαταρία διατήρησε αξιοσημείωτη υγεία, χάνοντας αμελητέα χωρητικότητα με την πάροδο του χρόνου.
«Αυτή είναι η πρώτη περίπτωση χρησιμοποίησης οξειδίων φωσφίνης ως οξειδοαναγωγικά ενεργό συστατικό στην έρευνα για μπαταρίες», δήλωσε ο Malapit. «Παραδοσιακά, τα μειωμένα οξείδια φωσφίνης είναι εξαιρετικά ασταθή. Η δική μας προσέγγιση μοριακής μηχανικής αντιμετωπίζει αυτή την αστάθεια, ανοίγοντας τον δρόμο για την εφαρμογή τους στην αποθήκευση ενέργειας».
Εν τω μεταξύ, η ομάδα ελπίζει ότι άλλοι ερευνητές θα υιοθετήσουν την ιδέα και θα αρχίσουν να εργάζονται με το TPPO για την περαιτέρω βελτιστοποίηση και βελτίωση των δυνατοτήτων του.
Πηγή: newsbomb.gr
