Η τεχνολογία μπορεί να ωθήσει την «πράσινη» ενεργειακή μετάβαση.
Τα μελλοντικά ηλεκτρικά αυτοκίνητα ίσως μπορέσουν να εγκαταλείψουν τις μπαταρίες λιθίου-ιόντων χάρη σε μια νέα επαναστατική ανακάλυψη στην αποθήκευση ενέργειας υδρογόνου σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες από ό,τι ήταν μέχρι σήμερα εφικτό.
Ερευνητές από το Ινστιτούτο Επιστημών του Τόκιο δημιούργησαν μια μπαταρία υδρογόνου που χρησιμοποιεί υδρίδιο μαγνησίου ως άνοδο και αέριο υδρογόνο ως κάθοδο, καθώς και έναν στερεό ηλεκτρολύτη με κρυσταλλική δομή. Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Science» οι ερευνητές αναφέρουν ότι αυτή η μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει στους 90 βαθμούς Κελσίου αντί για τους 300–400 βαθμούς Κελσίου που απαιτούν οι τρέχουσες μέθοδοι αποθήκευσης υδρογόνου σε στερεά μορφή.
«Αυτές οι ιδιότητες της μπαταρίας αποθήκευσης υδρογόνου δεν ήταν προηγουμένως εφικτές μέσω των συμβατικών θερμικών μεθόδων ή των υγρών ηλεκτρολυτών, προσφέροντας ένα θεμέλιο για αποδοτικά συστήματα αποθήκευσης υδρογόνου κατάλληλα για χρήση ως ενεργειακοί φορείς» δήλωσε ο καθηγητής Τακάσι Χιρόσε από το Ινστιτούτο Χημικής Έρευνας του Πανεπιστημίου του Κιότο, επικεφαλής της μελέτης.
Οι μπαταρίες υδρογόνου στερεάς κατάστασης υπάρχουν ήδη όπως και οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου ωστόσο οι πρώτες απαιτούν πολύ υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας ενώ οι δεύτερες έχουν χαμηλότερη απόδοση και δυσκολίες αποθήκευσης υδρογόνου υπό υψηλή πίεση.
Με τη νέα αυτή μπαταρία, οι επιστήμονες πέτυχαν πλήρη θεωρητική χωρητικότητα του ανόδου MgH₂ και υψηλή ιοντική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου.
Στερεό θεμέλιο
Ο πυρήνας της νέας μπαταρίας βρίσκεται στον στερεό ηλεκτρολύτη της. Αποτελούμενος από υδρίδια βαρίου, ασβεστίου και νατρίου, έχει κρυσταλλική δομή που προσφέρει υψηλή ηλεκτροχημική σταθερότητα και υψηλή αγωγιμότητα ιόντων υδρογόνου σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Η μπαταρία λειτουργεί παρόμοια με μια μπαταρία λιθίου-ιόντων, με τη διαφορά ότι αντί για θετικά ιόντα, κινούνται αρνητικά ιόντα υδριδίου (H⁻) μέσα από τον ηλεκτρολύτη.
Κατά την εκφόρτιση, το αέριο υδρογόνο στην κάθοδο αντιδρά χημικά για να παραχθούν ιόντα υδριδίου που μετακινούνται προς την άνοδο μαγνησίου, σχηματίζοντας MgH₂ και απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια που ρέουν στο εξωτερικό κύκλωμα — παράγοντας έτσι ρεύμα. Κατά την φόρτιση, η διαδικασία αντιστρέφεται: τα ιόντα υδριδίου κινούνται προς την κάθοδο, επανασχηματίζοντας αέριο υδρογόνο, ενώ η άνοδος αναγεννάται.
Με αυτόν τον σχεδιασμό, το αέριο υδρογόνο μπορεί να αποθηκεύεται και να απελευθερώνεται κατ’ απαίτηση σε ένα στερεό κύτταρο, με χωρητικότητα 2.030 mAh ανά γραμμάριο. Συγκριτικά οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων έχουν χωρητικότητα περίπου 150–200 mAh/g, ενώ οι καλύτερες μπαταρίες κινητών τηλεφώνων φτάνουν τα 5.000 mAh για ολόκληρη τη μονάδα.
Αν και η θερμοκρασία λειτουργίας είναι κοντά στο σημείο βρασμού του νερού γεγονός που την καθιστά μη κατάλληλη ακόμα για συσκευές καθημερινής χρήσης όπως κινητά ή φορητούς υπολογιστές, η ανακάλυψη αυτή ανοίγει τον δρόμο για πιο αποδοτική και απλή αποθήκευση υδρογόνου.
Αυτό με τη σειρά του θα μπορούσε να επιτρέψει στα ηλεκτρικά οχήματα να χρησιμοποιούν μπαταρίες υδρογόνου αντί για λιθίου-ιόντων οι οποίες είναι βαριές και χάνουν σταδιακά την απόδοσή τους. Η αποθήκευση υδρογόνου χωρίς ανάγκη υψηλής πίεσης, ακραίας ψύξης ή υψηλών θερμοκρασιών θα μπορούσε να διευρύνει τη χρήση του υδρογόνου ως πράσινης πηγής ενέργειας με χαμηλότερο αποτύπωμα άνθρακα σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα και τα υπάρχοντα συστήματα.
Το υδρογόνο θεωρείται εδώ και χρόνια ως καύσιμο του μέλλοντος, αλλά η παραγωγή, αποθήκευση και αξιοποίησή του παραμένουν περιορισμένες.
Αν αυτή η τεχνολογία αναπτυχθεί σε βιομηχανική κλίμακα θα μπορούσε να ωθήσει σημαντικά την ενεργειακή μετάβαση προς μια καθαρότερη εποχή.
