Żelazo zamiast platyny: nowe katalizatory dla baterii litowo-CO₂

Naukowcy z brytyjskiego University of Surrey opracowali katalizatory na bazie żelaza i molibdenu, które sprawdziły się w laboratoryjnych bateriach litowo-dwutlenkowęglowych. Wyniki są porównywalne z materiałami zawierającymi drogie metale szlachetne, a w niektórych parametrach nawet lepsze.

Na czym polega problem

Baterie litowo-CO₂ uchodzą za obiecującą alternatywę dla dzisiejszych akumulatorów litowo-jonowych, bo teoretycznie mogłyby magazynować znacznie więcej energii przy tej samej masie. Technologia jest jednak na wczesnym etapie. Ogniwa litowo-jonowe wciąż wygrywają pod względem niezawodności i trwałości.

Jedną z głównych przeszkód jest dobór katalizatorów, czyli materiałów przyspieszających reakcje chemiczne podczas ładowania i rozładowania. Najskuteczniejsze z nich zawierają platynę, ruten lub iryd. To metale drogie i trudno dostępne, co utrudnia myślenie o produkcji na dużą skalę.

Co wykazały badania

Zespół z Surrey wprowadził żelazo do związku opartego na molibdenie, a następnie wygrzewał materiał w różnych temperaturach, by sprawdzić, jak zmiany struktury wpływają na pracę baterii. Najlepsze rezultaty dała temperatura 500°C. Powstała wtedy mieszanina tlenku molibdenu i fosforanu żelaza, która usprawniała reakcje zachodzące w ogniwie.

• Najlepszy katalizator zapewnił prawie czterokrotnie większą pojemność rozładowania niż niemodyfikowany materiał odniesienia.
• Podczas ładowania odzyskiwano 93% ładunku.
• Ogniwo przeszło 92 cykle ładowania i rozładowania, przy czym w laboratorium celowo ograniczano ilość ładunku oddawanego w każdym cyklu.

Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Journal of Power Sources”. Dr Mahsa Masoudi, główna autorka badania, podkreśla, że nawet stosunkowo proste zmiany w sposobie przygotowania materiału mogą mocno wpłynąć na jego skuteczność, a zrozumienie tych zależności daje punkt wyjścia do dalszych ulepszeń.

Co to oznacza w praktyce

Do codziennego użytku jeszcze daleko. Dr Daniel Commanduer przyznaje, że wyniki są zachęcającym krokiem, ale kolejnym wyzwaniem jest utrzymanie takiej wydajności przez znacznie dłuższy czas. Dziewięćdziesiąt dwa cykle w warunkach laboratoryjnych to wciąż niewiele w porównaniu z tysiącami cykli, jakich oczekujemy od akumulatorów w telefonach czy samochodach elektrycznych. To nasze zestawienie, nie dane z badania.

Dla polskiego czytelnika to na razie wiadomość o kierunku badań, nie o produkcie, który trafi do sklepów. Warto jednak ją śledzić. Europa stara się ograniczać zależność od surowców krytycznych, a katalizatory oparte na żelazie i molibdenie omijają część problemów z drogimi metalami szlachetnymi. Badanie nie dotyczy polskich ani unijnych projektów, więc nie da się powiedzieć, czy i kiedy podobne rozwiązania pojawią się w europejskim przemyśle.

Badacze chcą teraz poprawić wydajność i trwałość katalizatorów oraz sprawdzić, czy da się je wykorzystać także w innych technologiach przekształcających dwutlenek węgla.

Źródło: Tech Xplore – „Could new iron-based catalysts bring lithium-CO₂ batteries closer to reality?”