Jak wynika z najnowszych badań, baterie wykonane z wykorzystaniem mocznika, powszechnie spotykanego w nawozach i wydalanego przez ssaki, mogą stanowić drogę do taniego magazynowania energii wytwarzanej przez instalacje fotowoltaiczne lub inne formy energii odnawialnej w celu zużycia w okresach, kiedy nie ma produkcji. Ich prototyp został opracowany przez profesora Hongjie Dai, wykładającego chemię na Uniwersytecie Stanforda, oraz jego doktorantkę – Michael Angell.

Znany składnik, nowe zastosowanie

Model baterii jest niepalny i zawiera elektrody wykonane z aluminium oraz grafitu. Głównymi składnikami są elektrolity na bazie mocznika, produkowanego obecnie przemysłowo na potrzeby rolnicze – do wytwarzania nawozów roślinnych.

 

– To, co proponujemy, jest akumulatorem wykonanym z jednego z najtańszych i najczęściej występujących na ziemi materiałów, który jest jednocześnie bardzo wydajny. Kto by pomyślał, że z grafitu, aluminium i mocznika można zrobić baterię, mogącą pracować przez długi czas – komentuje prof. Dai.

Opracowane obecnie ogniwo to kolejna wersja ładowalnych baterii aluminiowych, które w laboratorium badacza powstało już w 2015 roku. Ówczesne urządzenie ładowało się mniej niż minutę i miało trwałość tysiąca cykli naładowania i rozładowania. Miało niemniej jeden duży minus – konieczność wykorzystania kosztownego elektrolitu.

 

Najnowsza wersja zawiera składnik oparty na moczniku, dzięki czemu jest prawie 100 razy tańsza niż poprzedni model. Ponadto cechuje się większą wydajnością i krótszym czasem ładowania.

– Różnica w kosztach pomiędzy tymi dwoma typami baterii jest jak noc i dzień – ocenia twórca.

Mocznik na użytek zielonej energii

Efekty prac nad baterią zostały niedawno zgłoszone do Międzynarodowej Akademii Nauk. Nie ten etap będzie jednak najważniejszy. Dzięki nowo opracowanemu ogniwu być może uda się rozwiązać problem składowania energii ze źródeł odnawialnych. Z tego względu najważniejsze będzie przetestowanie zastosowań baterii.

 

– To jest tanie i skuteczne. A głównym celem naszych prac jest sieciowe przechowywanie – zapowiada Angell.

W odróżnieniu od energii pochodzącej z paliw kopalnych, energia słoneczna może być wykorzystana w zasadzie tylko wtedy, gdy świeci słońce. Panel słoneczny produkuje energię do sieci w ciągu dnia, ale jeśli nie jest ona zużywana od razu, zostaje utracona. Popyt na technologie odnawialne rośnie, dlatego też wzrasta zapotrzebowanie na tanie, wydajne akumulatory, które mogą zmagazynować wyprodukowaną energię bez jej utraty. Dzisiejsze baterie litowo-jonowe lub kwasowo-ołowiowe są kosztowne, łatwopalne i mają ograniczona długość życia.

 

Zdaniem Angell, bateria z użyciem mocznika może stanowić przełom w przechowywaniu energii. Z powodu niskich kosztów, wysokiej wydajności i długiej żywotności, stanowi bowiem doskonałe rozwiązanie. Dodatkowo bateria mocznikowa nie ma właściwości łatwopalnych i dlatego jest mniej ryzykowna.

 

– Czułbym się bezpieczniej, gdyby bateria przechowująca energię w moim domu była wykonana z mocznika. Byłyby wówczas małe szanse spowodowania pożaru – powiedział prof. Dai.

Kierunki przyszłości

Aby sprostać wymaganiom przechowywania wyprodukowanej energii, okres trwałości baterii musi wynosić przynajmniej 10 lat. Badania procesów chemicznych wewnątrz ogniwa mocznikowego budzi nadzieje na przedłużenie żywotności. Perspektywy są obiecujące. W laboratorium baterie oparte na moczniku wykazują trwałość na około 1500 cykli ładowania, z czasem ładowania 45 minut.

 

– Dzięki tej baterii sen o przechowywaniu energii w każdym budynku może się spełnić – zapewnia twórca.

Już dziś obserwuje na nie wielki popyt, odbierając mnóstwo e-maili od osób prywatnych i firm zainteresowanych rozwojem technologii. Niewykluczone, że wkrótce ogniwo wpłynie jednak nie tylko na przemysł, ale także nasze życie codzienne.