U trećem tekstu u seriji tekstova o postlitijskim baterijama donosimo uvide o prednostima i manama baterija na resurs kojega u Hrvatskoj imamo u izobilju – slanu vodu.

Baterije na morsku vodu su sustavi za pretvorbu i pohranjivanje elektrokemijske energije s velikim izgledima za dobivanje natrija iz morske vode. Prednosti su im izvrsna disipacija topline, dug radni vijek i niska ukupna cijena. Znanstvenici smatraju baterije na morsku vodu obećavajućom novom vrstom sustava za pretvorbu i pohranu elektrokemijske energije. Ove baterije mogu imati nevjerojatno široku primjenu jer osim što mogu proizvoditi električnu energiju, mogu se koristiti i za rješavanje problema pitke vode i desalinizacije prirodne morske vode! To bi na primjer jadranskim otocima riješilo dva problema jednim potezom.

Baterije na morsku vodu imaju mnoge prednosti u usporedbi sa starijom tehnologijom desalinizacije toplinskom obradom i reverznom osmozom. Koriste obilno jeftinu prirodnu morsku vodu kao katodni elektrolit za dobivanje dovoljnog izvora natrija. Glavno tijelo baterije također je podijeljeno na odjeljke za anodu i odjeljak s otvorenom katodom. Sredina se odvaja čvrstim elektrolitom, a električna energija se pretvara u kemijsku energiju. Trenutno se baterije na slanu vodu primjenjuju u oceanskim i obalnim područjima. U usporedbi s običnim baterijama, one su praktičnije, ekološki prihvatljivije i imaju manju cijenu proizvodnje, montaže i održavanja.

Koriste obilje morske vode kao izvor jeftinih materijala za aktivne katode s natrijevim ionima i ne zahtijevaju druge glomazne korake za zamjenu materijala za elektrode, što uvelike smanjuje troškove, pojednostavljuje radni proces i ima nisku stopu samopražnjenja.

Kako radi i koliko košta?

Tijekom procesa punjenja, ioni natrija se selektivno prenose u odjeljke anode kroz srednji keramički elektrolit. Katoda baterije je otvorenog tipa i nalazi se u nepreglednoj morskoj vodi. Dugoročna stabilizacija temperature morske vode omogućuje i održavanje temperature baterije u odgovarajućem rasponu. Stabilnost dugotrajnog ciklusa baterije je dobra, a rasipanje topline i hlađenje su prikladni. To smanjuje troškove održavanja, produljuje radni vijek, a ekološka zaštita okoliša je izvrsna.

Budući da nema potrebe razmatrati problem rasipanja topline, sustav za pohranu energije ne treba donositi dodatnu opremu za raspršivanje topline, čime se smanjuje volumen baterijskog sustava, piše autor istraživanja. Zbog velikih resursa morske vode, ima visoku skalabilnost. Trenutna puniva baterija s morskom vodom još je uvijek u početnoj fazi komercijalizacije i postoje mnogi aspekti koji se mogu optimizirati i poboljšati. Ima široki potencijal za razvoj aplikacija i obećavajući je baterijski sustav za buduće aplikacije za skladištenje zelene energije.

Koji su izazovi?

Izazov je kako poboljšati gustoću izlazne snage baterija na morsku vodu, a kako bi se postigla dugotrajna ponovna uporaba u širokom rasponu uvjeta podvodne temperature okoline. Koncentracija kisika u morskoj vodi je ograničena i konstantna, što je također jedan od faktora koji ograničavaju ukupnu učinkovitost baterija.

Da bi se zadovoljio zahtjev za budućim velikim mrežnim skladištenjem energije, kontrolirani troškovi i dobre performanse dva su važna čimbenika za dugoročni razvoj sustava za skladištenje energije. U tom smislu, novi elektrokemijski sustav za pretvorbu i pohranjivanje energije putem baterija na morsku vodu pojavljuje se kao obećavajuća alternativa koja koristi morsku vodu koja je prirodno bogata kao katodni elektrolit i izvor natrija, zaključuju autori studije.

Tko želi znati više:

Baterija s morskom vodom općenito se odnosi na sustav baterija koji koristi morsku vodu u oceanu kao elektrolit. Cijela baterija općenito je podijeljena na anodne odjeljke i katodni odjeljak. Dva su odjeljka odvojena čvrstim elektrolitom. Najčešće korišten čvrsti elektrolit za bateriju s morskom vodom je keramika s natrijevim superionskim vodičem. Ovaj elektrolit omogućuje samo selektivni prijenos natrijevih iona između dva odjeljka baterije. Anoda nije u izravnom kontaktu s morskom vodom, a različiti elektroliti se koriste u anodnim odjeljcima i katodnom odjeljku. Baterija općenito koristi aktivni metal kao anodu za generiranje elektrona, koji reagiraju s kisikom ili vodom na katodi stvarajući struju u vanjskom krugu. Katodni odjeljak ima otvorenu strukturu, što može smanjiti fenomen polarizacije do određene mjere i koristiti obilno i jeftinu prirodnu morsku vodu kao katodni elektrolit za dobivanje natrijevih iona, koji mogu opskrbljivati reaktante neograničeno dugo. To znači da ne treba koristiti metalni natrij kao elektrodu ili dodavati samo ione natrija tijekom upotrebe.

U početku je morska voda korištena kao elektrolit baterije, magnezij je korišten kao anoda, a katodni materijali bili su srebrni klorid, bakrov klorid, olovni klorid, olovni oksid, živin klorid itd. U to vrijeme baterija s morskom vodom nije imaju funkciju punjenja. Kasnije su metal i njegove legure korišteni kao anode, a morska voda kao katodne elektrode. Do sada se morska voda koristila kao katolit za razvoj baterija koje se mogu puniti korištenjem beskrajnih natrijevih iona u morskoj vodi.

Baterije na morsku vodu djeluju kroz redoks reakciju Na+ na anodi i reakciju razvijanja i redukcije otopljenog kisika i plinovitog klora na katodi tijekom punjenja i pražnjenja. Velika količina morske vode koristi se kao aktivna tvar za redukciju natrijevih iona u morskoj vodi u anodnim odjeljcima i njihovu oksidaciju u katodnom odjeljku. Odjeljci anode općenito uključuju anodu i nevodeni elektrolit. Protuelektroda s morskom vodom vrlo je korozivna i sadrži mnogo iona nečistoće. Stoga, kako pravilno odabrati materijal anode postaje izazov. Obične metalne anode teško je koristiti u složenoj morskoj vodi dulje vrijeme jer će korodirati u procesu pražnjenja SWB-a, a njihova će površina postati neravna.