W świecie technologii, gdzie potrzeba efektywnych i elastycznych rozwiązań do przechowywania energii stale rośnie, naukowcy dokonali przełomu, tworząc płynną baterię. Ten innowacyjny wynalazek, będący owocem badań prowadzonych w Stanach Zjednoczonych i Szwecji, otwiera nowe możliwości dzięki swojej zdolności do przyjmowania dowolnych kształtów. Płynna bateria nie jest jedynie kolejnym krokiem w rozwoju technologii – to potencjalna rewolucja. Badania nad tą technologią wskazują, że jej unikalne właściwości mogą wpłynąć na elektronikę, motoryzację, medycynę i wiele innych dziedzin, a jej komercjalizacja jest bliżej, niż mogłoby się wydawać
Geneza wynalazku. Badania w USA i Szwecji
Prace nad płynnymi bateriami rozpoczęły się równolegle w kilku ośrodkach naukowych, ale szczególne znaczenie mają badania prowadzone w Stanach Zjednoczonych i Szwecji. W USA zespół z Uniwersytetu Stanforda, kierowany przez profesora Yi Cui, opublikował w 2023 roku wyniki badań w czasopiśmie „Nature Energy”, które opisywały płynną baterię opartą na redox-flow technology (baterie przepływowe). Ich konstrukcja wykorzystuje ciecze elektrolitowe, które mogą być przechowywane w oddzielnych zbiornikach i przepompowywane przez elektrody, generując energię. Amerykańscy naukowcy skupili się na zwiększeniu gęstości energii i elastyczności tych systemów, co pozwoliło na stworzenie baterii zdolnych do dopasowania się do nietypowych kształtów. W Szwecji, w Instytucie Technologicznym w Sztokholmie (KTH), zespół pod kierownictwem profesora Mikaela Fohlströma opracował w 2024 roku prototyp płynnej baterii wykorzystującej organiczne polimery i nanomateriały. Szwedzki wynalazek wyróżnia się zdolnością do zmiany formy – bateria może być wlewana do dowolnych pojemników, a nawet wbudowywana w elastyczne powierzchnie. Obie grupy badawcze współpracują z przemysłem, co przyspiesza proces komercjalizacji tej technologii.
Jak działa płynna bateria?
Płynna bateria różni się od tradycyjnych akumulatorów, takich jak litowo-jonowe, swoją budową i sposobem działania. W odróżnieniu od sztywnych elektrod i stałych elektrolitów, płynne baterie wykorzystują ciecze zawierające związki chemiczne zdolne do przechowywania i uwalniania energii. W bateriach przepływowych, takich jak te opracowane w USA, dwa roztwory elektrolitowe – jeden dodatni, drugi ujemny – są przechowywane w osobnych zbiornikach. Podczas pracy baterii ciecze te przepływają przez specjalną membranę, gdzie następuje wymiana jonów, generująca prąd elektryczny.
Szwedzki prototyp wprowadza dodatkową innowację – zamiast oddzielnych zbiorników bateria wykorzystuje pojedynczy, elastyczny pojemnik, w którym ciecz elektrolitowa jest stabilizowana przez nanomateriały. Dzięki temu bateria może być formowana w różne kształty, a nawet integrowana z tkaninami czy powierzchniami. Co istotne, płynne baterie charakteryzują się wysoką stabilnością termiczną i mniejszym ryzykiem przegrzania, co czyni je bezpieczniejszymi od tradycyjnych rozwiązań. Innowacje te otwierają drzwi do zastosowań, które wcześniej były nieosiągalne.
Branże gotowe na rewolucję. Gdzie płynne baterie znajdą zastosowanie?
Unikalna elastyczność płynnych baterii sprawia, że ich potencjalne zastosowania są niezwykle szerokie. W motoryzacji technologia ta może zrewolucjonizować projektowanie pojazdów elektrycznych. Tradycyjne akumulatory litowo-jonowe zajmują dużo miejsca i mają sztywną strukturę, co ogranicza swobodę projektantów. Płynne baterie, które można wlewać do dowolnych przestrzeni w karoserii, pozwalają na bardziej aerodynamiczne i lekkie konstrukcje. Firma Tesla, we współpracy z badaczami ze Stanforda, testuje już prototypy takich baterii w swoich pojazdach, co może zwiększyć zasięg aut elektrycznych o 20-30%.
W elektronice użytkowej płynne baterie mogą znaleźć zastosowanie w elastycznych urządzeniach, takich jak składane smartfony czy wearables. Szwedzki zespół z KTH współpracuje z producentami tekstyliów, aby zintegrować baterie z inteligentnymi ubraniami, które mogłyby zasilać czujniki monitorujące zdrowie. W medycynie płynne baterie mogą zasilać wszczepialne urządzenia, takie jak rozruszniki serca, dzięki swojej zdolności do dopasowania się do kształtów ludzkiego ciała. W sektorze energetycznym baterie przepływowe są już wykorzystywane do magazynowania energii z odnawialnych źródeł, takich jak wiatr czy słońce, a płynne baterie nowej generacji mogą zwiększyć efektywność tych systemów dzięki większej gęstości energii i łatwiejszej skalowalności.
Wyzwania na drodze do komercjalizacji. Co spowalnia rewolucję
Mimo ogromnego potencjału płynnych baterii, droga do ich powszechnego zastosowania nie jest wolna od przeszkód. Jednym z głównych wyzwań jest koszt produkcji. Nanomateriały i zaawansowane polimery używane w szwedzkim prototypie są obecnie drogie, co podnosi cenę finalnego produktu. Amerykańskie baterie przepływowe, choć tańsze w produkcji, wymagają dużych zbiorników na elektrolity, co ogranicza ich zastosowanie w mniejszych urządzeniach. Kolejnym problemem jest trwałość – ciecze elektrolitowe mogą ulegać degradacji po wielokrotnych cyklach ładowania, co zmniejsza żywotność baterii. Badacze z Uniwersytetu Stanforda pracują nad nowymi związkami chemicznymi, które zwiększą stabilność elektrolitów, ale proces ten wymaga czasu. Ponadto konieczne jest opracowanie nowych metod recyklingu, aby płynne baterie były zgodne z zasadami zrównoważonego rozwoju. Pomimo tych wyzwań, zarówno amerykańskie, jak i szwedzkie zespoły są optymistyczne – szacują, że dzięki współpracy z przemysłem uda się przezwyciężyć te trudności w ciągu najbliższych 5-7 lat.
Kiedy płynne baterie trafią na rynek?
Proces wprowadzenia płynnych baterii na rynek jest złożony, ale postępy w badaniach wskazują, że technologia ta może stać się dostępna w ciągu dekady. W USA firmy takie jak ESS Inc., specjalizujące się w bateriach przepływowych, już wdrażają swoje rozwiązania w sektorze energetycznym, a nowe generacje płynnych baterii mogą pojawić się na rynku komercyjnym do 2030 roku. W Szwecji prototypy z KTH są na etapie testów laboratoryjnych, ale partnerstwa z firmami technologicznymi, takimi jak Ericsson, przyspieszają rozwój. Pierwszym krokiem będzie wprowadzenie płynnych baterii w niszowych zastosowaniach, takich jak inteligentne tekstylia i urządzenia medyczne, co może nastąpić już w 2028 roku. W motoryzacji wdrożenie potrwa dłużej ze względu na rygorystyczne wymagania dotyczące bezpieczeństwa i niezawodności – eksperci szacują, że płynne baterie w pojazdach elektrycznych pojawią się na szerszą skalę około 2032 roku. Tempo komercjalizacji zależy od dalszych inwestycji oraz zdolności do obniżenia kosztów produkcji. Organizacje takie jak Departament Energii USA oraz szwedzkie agencje rządowe wspierają badania, co zwiększa szanse na szybkie postępy.
Płynna przyszłość. Nowe horyzonty dla technologii
Płynne baterie to nie tylko kolejny etap w ewolucji technologii magazynowania energii, ale także zapowiedź nowej ery, w której elastyczność i bezpieczeństwo staną się priorytetami. Ich zdolność do dopasowania się do różnorodnych potrzeb – od zasilania inteligentnych ubrań po magazynowanie energii odnawialnej – czyni je uniwersalnym rozwiązaniem dla współczesnych wyzwań. Współpraca między naukowcami z USA i Szwecji pokazuje, jak globalne wysiłki mogą prowadzić do przełomowych odkryć. W miarę jak technologia ta dojrzewa, można oczekiwać, że płynne baterie staną się integralną częścią codziennego życia, napędzając innowacje w dziedzinach, które dziś trudno sobie wyobrazić. Rewolucja w przechowywaniu energii dopiero się zaczyna, a płynne baterie są jej zwiastunem.
Płynne baterie: (c) Sadurski.com / GR
Zobacz też:
>
>
