Η απλή χημική λύση που μπορεί να φέρει την επανάσταση στις μπαταρίες ροής
Ερευνητές αναπτύσσουν νέο σύστημα για μπαταρίες ροής βασισμένες στο βρώμιο, οι οποίες διαθέτουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, μεγάλη διάρκεια ζωής και μεταφορά πολλαπλών ηλεκτρονίων. Πηγή: DICP
Μια νέα προσέγγιση στις μπαταρίες ροής με βάση το βρώμιο θα μπορούσε να καταστήσει την αποθήκευση ενέργειας μεγάλης κλίμακας φθηνότερη, ασφαλέστερη και με πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Οι μπαταρίες ροής με βάση το βρώμιο αποθηκεύουν και απελευθερώνουν ενέργεια μέσω μιας χημικής αντίδρασης που περιλαμβάνει ιόντα βρωμίου και στοιχειακό βρώμιο.
Αυτή η μέθοδος προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα, όπως ευρεία διαθεσιμότητα πρώτων υλών, ισχυρό ηλεκτροχημικό δυναμικό και καλή διαλυτότητα σε υγρούς ηλεκτρολύτες.
Η πρόκληση εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της φόρτισης, όταν παράγονται μεγάλες ποσότητες βρωμίου. Αυτή η εξαιρετικά δραστική ουσία μπορεί να προκαλέσει φθορές στα εσωτερικά εξαρτήματα της μπαταρίας, να μειώσει τη διάρκεια ζωής της και να αυξήσει το συνολικό κόστος.
Τα υπάρχοντα πρόσθετα δέσμευσης βρωμίου βοηθούν στον περιορισμό της διάβρωσης, αλλά συχνά προκαλούν τον διαχωρισμό του ηλεκτρολύτη σε διαφορετικές φάσεις, γεγονός που διαταράσσει την απόδοση και περιπλέκει τον σχεδιασμό του συστήματος.
Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 19 Δεκεμβρίου 2025 στο περιοδικό Nature Energy, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Καθηγητή Xianfeng Li από το Ινστιτούτο Χημικής Φυσικής της Νταλιάν (DICP) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (CAS), παρουσίασε μια νέα χημική προσέγγιση για τις μπαταρίες ροής με βάση το βρώμιο.
Οι ερευνητές σχεδίασαν μια αντίδραση μεταφοράς δύο ηλεκτρονίων που περιλαμβάνει βρώμιο και την ενσωμάτωσαν επιτυχώς σε μια μπαταρία ροής ψευδαργύρου-βρωμίου. Η εργασία καταδεικνύει τόσο μια λειτουργική απόδειξη της ιδέας (proof of concept) όσο και την επιτυχή κλιμάκωση προς ένα σύστημα μπαταρίας μακράς διάρκειας ζωής.
Για να το επιτύχει αυτό, η ομάδα πρόσθεσε ενώσεις αμινών στον ηλεκτρολύτη, οι οποίες λειτουργούν ως δεσμευτές βρωμίου. Κατά τη λειτουργία της μπαταρίας, το βρώμιο (Br2) που παράγεται από τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις μετατρέπεται σε βρωμιωμένες ενώσεις αμινών. Αυτή η διαδικασία μειώνει τη συγκέντρωση του ελεύθερου Br2 στον ηλεκτρολύτη σε ένα εξαιρετικά χαμηλό επίπεδο, περίπου στα 7 mM.
Σε αντίθεση με την τυπική αντίδραση στην οποία τα ιόντα βρωμίου μεταφέρουν ένα μόνο ηλεκτρόνιο για να σχηματίσουν Br2, η νέα διαδικασία επιτρέπει τη μεταφορά δύο ηλεκτρονίων από τα ιόντα βρωμίου προς τις βρωμιωμένες ενώσεις αμινών. Αυτή η αλλαγή αυξάνει την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας, ενώ παράλληλα μειώνει δραστικά τη διαβρωτική δράση στο εσωτερικό του συστήματος, βοηθώντας την μπαταρία να διαρκέσει περισσότερο.
Χαμηλότερο κόστος και μακροπρόθεσμη σταθερότητα σε μεγαλύτερη κλίμακα
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εφάρμοσαν αυτή τη χημεία σε μπαταρίες ροής ψευδαργύρου-βρωμίου σε πρακτικές δοκιμές. Επειδή ο ηλεκτρολύτης περιέχει τόσο λίγο ελεύθερο Br2, η μπαταρία μπορεί να λειτουργεί σταθερά χρησιμοποιώντας μια συμβατική μη φθοριωμένη μεμβράνη ανταλλαγής ιόντων (SPEEK), γεγονός που συμβάλλει στη μείωση του κόστους.
Σε ένα σύστημα μεγαλύτερης κλίμακας ισχύος \(5kW\), η μπαταρία λειτούργησε αξιόπιστα για περισσότερους από 700 κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης με πυκνότητα ρεύματος \(40mAcm^{-2}\), επιτυγχάνοντας ενεργειακή απόδοση άνω του \(78\%\).
Με τη συγκέντρωση του \(Br_{2}\) να διατηρείται σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα, δεν εντοπίστηκε διάβρωση στα κρίσιμα εξαρτήματα —συμπεριλαμβανομένων των συλλεκτών ρεύματος, των ηλεκτροδίων και των μεμβρανών— ούτε πριν ούτε μετά τη διαδικασία των κύκλων.
Ένας Δρόμος προς την Ανθεκτική Αποθήκευση Ενέργειας σε Κλίμακα Δικτύου «Η μελέτη μας παρέχει μια πρωτοποριακή προσέγγιση στον σχεδιασμό μπαταριών ροής μακράς διάρκειας ζωής με βάση το βρώμιο και θέτει τις βάσεις για την περαιτέρω εφαρμογή και προώθηση των μπαταριών ροής ψευδαργύρου-βρωμίου», δήλωσε ο Καθηγητής Li.