Mga Recyclable na Baterya sa Hinaharap: Pagpapalit ng Organikong Electrolyte ng Tubig

Water Batteries & Kaligtasan sa Sunog

Sa loob ng maraming taon, ang mga Lithium-ion na baterya ay naging nangingibabaw na uri ng baterya sa merkado, pareho para sa mga elektronikong aparato at mga EV. Ito ay dahil sa kanilang kahanga-hangang katangian pagdating sa densidad ng enerhiya, at pangkalahatang kaligtasan. Ngunit kapag nabigo, kadalasan ay nangyayari ito sa isang kahindik-hindik na paraan, na may napakainit na apoy na mahirap patayin. Ito rin ay isang isyu kapag ang mga baterya ay nasa dulo na ng kanilang buhay at kailangang i-recycle.

Ang pinakamalalang senaryo ay kapag ang isang pagkabigo ng baterya ay nagdudulot ng sunog na kumakalat sa mga kalapit na baterya, isang napaka-tunay na alalahanin pagdating sa pagtatayo ng mga battery park gamit ang lithium-ion para sa malalaking utility-scale na sistema. Ang panganib ng sunog sa mga lithium na baterya ay kadalasang nagmumula sa nasusunog na organikong electrolytes na ginagamit upang ikonekta ang anode at cathode ng baterya.

Maaaring nakahanap ng solusyon ang mga mananaliksik sa RMIT in Australia sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga electrolyte ng tubig. Ang koponan ay pinamumunuan ni Prof. Tianyi Ma (kaliwa), na nakipagtulungan sa proyektong ito kay Dr. Lingfeng Zhu (kanan).

Pinagmulan: RMIT

Ang tinatawag na water batteries, o aqueous metal-ion batteries, ay hindi kayang magsimula ng sunog o sumabog. Mababa rin ang kanilang toxicity para sa tao at kapaligiran.

Mga Pangako ng Water Battery

Ang disenyo ng water batteries ay nakasalalay sa mga simpleng elemento tulad ng zinc at magnesium, na sagana at may mababang toxicity, na nagpapababa ng gastos sa paggawa at ginagawang madali itong mass-produce.

Sa praktika, ibig sabihin nito na ang water batteries ay maaaring magkaroon ng iba’t ibang anyo. Halimbawa, ito ay nasa anyo ng magnesium-ion na baterya o ammonia-ion.

At ang koponan ni Prof. Tianyi ay nagtatrabaho upang gawing komersyal na kapaki-pakinabang ang mga bateryang ito sa pamamagitan ng paglutas sa mga detalye na humadlang sa kanilang pag-aampon hanggang ngayon.

Isang halimbawa ay ang pagpapabuti ng manganese electrode, paglikha ng mga capacitor gamit ang Magnesium at manganese at pag-abot ng “128.39 Wh/kg na may napakahabang kakayahan sa pag-cycling, na nagbibigay ng 85 % na retention ng kapasidad pagkatapos ng 6000 na cycle“

Ang natatanging electrochemical na katangian, at ang kritikal na implikasyon sa kaligtasan ng isang aqueous electrolyte, ay ginagawang promising ang aqueous MIC na ito para sa malakihang aplikasyon ng energy storage. Higit pa rito, ang estratehiya ng konsepto ng cation-anion dual defects construction ay dapat magbigay ng mahahalagang pananaw sa paggawa ng rechargeable na baterya na batay sa metal-ion.

Pinagmulan: Energy Storage Material

Paglutas sa Dendrites

Isa pang isyu na nararanasan ng karamihan ng mga baterya ay ang progresibong paglago ng dendrites sa baterya. Ang dendrites ay mga matulis na metal na estruktura na maaaring, paglipas ng panahon, lumikha ng mga shortcut (at sunog sa kaso ng lithium-ion). Ang water batteries ay vulnerable din sa isyung ito ng dendrites.

Sa pamamagitan ng pag-coat ng mga metal na bahagi ng baterya ng bismuth, ito ay lumilikha ng proteksiyon na patong na humaharang sa pagbuo ng dendrites.

Ginagawa nitong mas matibay ang mga bagong baterya kumpara sa lithium-ion na baterya, na angkop para sa matinding paggamit tulad ng utility-scale na mga battery pack, o marahil kahit sa mga komersyal na sasakyan. Lalo na dahil mas ligtas ito, ito ay isang magandang kandidato para sa pagpapalawak ng pagpipilian ng mga alternatibong kimika sa lithium-ion, lalo na para sa utility-scale (isang bagay na mas detalyado naming tinalakay sa aming artikulo “Ang Hinaharap ng Energy Storage – Utility-Scale Batteries Tech”, kasama kung aling mga kumpanya ang nagtatrabaho upang gawin ito sa komersyal na sukat).

“Ang magnesium-ion water batteries ay may potensyal na palitan ang lead-acid na baterya sa maikling panahon – tulad ng isa hanggang tatlong taon – at posibleng palitan ang lithium-ion na baterya sa pangmatagalang panahon, 5 hanggang 10 taon mula ngayon.”

Pr Tianyi Ma

Ang Water Batteries ba ang Hinaharap?

Malamang na magiging radikal na iba ang utility-scale na mga baterya kumpara sa EV na mga baterya, dahil hindi magkapareho ang kanilang mga limitasyon:

• Ang mga EV na baterya ay dapat magaan at maliit, napakataas ang densidad ng enerhiya, at mabilis mag-charge.
• Ang utility-scale na mga baterya ay dapat mura, napakatibay, matatag/ligtas, at umasa sa saganang mga materyales na maaaring makuha nang malakihan.

At kahit sa larangan ng utility-scale na mga baterya, ilang kimika ang malamang na maghahati-hati sa merkado sa loob ng maraming taon, kung hindi man dekada.

Ito ay dahil bawat isa ay magkakaroon ng sariling mga kalamangan at mga kaso ng paggamit, tulad ng iba’t ibang timeframe, pag-iimbak ng enerhiya para sa gabi/araw na siklo o para sa linggo-linggong panahon.

At dahil sa anumang kaso, ang malawakang pag-aampon ng renewable ay nangangahulugang malawakang pag-aampon ng mga baterya, at ang pag-diversify ng mga materyales ay makakaiwas sa biglaang pagtaas ng presyo ng mga metal na hindi bihira, ngunit hindi rin sobra ang suplay, tulad ng:

• Zinc (zinc na baterya)
• Magnesium (magnesium-ion)
• Manganese (metal hydrogen na baterya)
• Vanadium (redox flow na baterya)
• Antimony (molten metal na baterya)
• Sulfur (sodium-sulfur na baterya)

Sa kasalukuyan, walang kumpanyang nagtataguyod ng pagdadala ng magnesium-ion na baterya sa merkado. Ngunit maaaring magbago ito sa lalong madaling panahon, dahil sa iba’t ibang iba pang kombinasyon ng kimika na sumusulong patungo sa mass production.