Australci razvili hibridni superkondenzator: budućnost je u polioksometalatima

Novi uređaj postiže energetsku gustoću blisku gustoći energije starijih tipova litijevih baterija i istovremeno omogućava superveliku snagu, desetak puta veću od one koju omogućavaju najnovije litijeve baterije

Mladen Smrekar petak, 14. svibnja 2021. u 15:25

Budućnost manjih i bržih uređaja povezanih s energijom leži u polioksometalatima (POM), tvrde Istraživači Tehnološkog sveučilišta Queensland (QUT). Riječ je o negativno nabijenim ionima građenim od atoma rane skupine prijelaznih metala i kisika. Australski istraživači uvjereni su da bi ove male čestice mogle pomoći u stvaranju manjih, lakših i tanjih uređaja za pohranu poput baterija.

Idealan materijal nove generacije

Ono što POM-ove čini jedinstvenima i zanimljivima jest njihov trodimenzionalni okvir i dobro definirana struktura. Kao što im samo ime govori, sadrže do stotine visokoaktivnih atoma kisika i metala. To ih svrstava među najveće poznate anorganske molekule s ogromnim brojem mjesta za pretvorbu i skladištenje energije. POM-ovi su dovoljno veliki da se mogu smatrati nanočesticama.

Izvanredni profesor Deepak Dubal radi na uređajima za pohranu energije sljedeće generacije
Izvanredni profesor Deepak Dubal radi na uređajima za pohranu energije sljedeće generacije

POM-ovi su idealan materijal nove generacije za energetske primjene, ustvrdili su istraživači QUT-a na čelu s izvanrednim profesorom Deepakom Dubalom i istraživačkim timom iz Katalonskog instituta za nanoznanost i nanotehnologiju, koji su svoja zapažanja o strukturi i svojstvima POM-ova objavili u naslovnom članku novog broja časopisa Energy and Environmental Science.

"Ljepota POM-a je u tome što je cijela struktura manja od pet nanometara. Riječ je o kvantnoj molekularnoj nakupini, s vrlo visokim omjerom površine i volumena", kaže Dubal. "Da stavimo veličinu POM-a u kontekst, ona je oko 20.000 puta manja od širine ljudske kose."

Skladištenje energije u baterijama i superkondenzatorima

Vrlo male čestice važne su za primjenu u vezi s energijom jer materijali s velikom površinom mogu omogućiti učinkovitije kemijske procese. Međutim, teško je napraviti prikladne nanočestice razbijanjem velikih čestica na manje. I tu u igru ulaze POM-ovi kod kojih je to relativno lako napraviti.

Dubalov tim razvio je hibridni superkondenzator koji nudi najbolje od oba svijeta u skladištenju energije
Dubalov tim razvio je hibridni superkondenzator koji nudi najbolje od oba svijeta u skladištenju energije

Članak ispituje buduću potencijalnu uporabu POM-ova u skladištenju energije u baterijama i superkondenzatorima buduće generacije električnih uređaja.

"POM-ovi se također mogu koristiti u novom polju katalizatora, poput cijepanja vode za proizvodnju vodika, kao i smanjenja CO2 i N2 za proizvodnju amonijaka", rekao je profesor Dubal.

S gledišta pohrane energije, prednost POM-a je što su mali, ali još uvijek mogu pridonijeti velikom broju elektrona u procesima punjenja i pražnjenja. To znači da bi uređaji za pohranu poput baterija mogli biti manji, lakši i tanji.

Budućnost manjih i bržih uređaja povezanih s energijom leži u polioksometalatima, tvrde Istraživači Tehnološkog sveučilišta Queensland
Budućnost manjih i bržih uređaja povezanih s energijom leži u polioksometalatima, tvrde Istraživači Tehnološkog sveučilišta Queensland

"Možemo ih koristiti i u superkondenzatorima jer su vrlo mali i isporučuju se s mnogo aktivnih mjesta za pohranu", rekao je profesor Dubal koji je svoj rad usmjerio na skladištenje energije. On svojstva superkondenzatora želi objediniti s brzim punjenjem i dugim vijekom trajanja baterija; želi stvoriti materijal koji se može brzo napuniti i pohraniti puno energije.

Najbolje od oba svijeta

"Da bismo stvorili uređaj koji se brzo puni i pohranjuje puno energije, moramo istražiti elektrokemijska sučelja između prikladnih materijala i fino podesiti ili prilagoditi njihove karakteristike u atomskom mjerilu", kaže Dubal. "Elektrokemijske energetske tehnologije, poput baterija i superkondenzatora, neke su od najisplativijih mogućnosti za čistu pretvorbu i skladištenje energije. Ali daleko smo od toga da iskoristimo njihov puni potencijal."

Hibridni superkondenzator australskih istraživača nudi najbolje od oba svijeta u skladištenju energije
Hibridni superkondenzator australskih istraživača nudi najbolje od oba svijeta u skladištenju energije

Novi uređaj za pohranu energije postiže energetsku gustoću blisku gustoći energije starijih tipova litijevih baterija, ali istovremeno omogućava superveliku snagu na razini superkondenzatora, desetak puta veću od one koju omogućavaju najnovije litijeve baterije.