GazdaságSzerző: vg 2026. 09. 06. 3 percnyi olvasás
A kanadai kutatók a redox áramlású akkumulátor egyik kulcsfontosságú elemét, a porózus elektródát tervezték újra természetben fellelhető struktúrákat alapul véve.
A megújuló energia felfutásával a villamosenergia-tárolás mikéntje válik az egyik legfontosabb kérdéssé a világon szinte mindenhol, erre a problémára kínálhat új technológiai megoldást a Waterloo Egyetem kutatóinak fejlesztése. A 3D nyomtatással készített, különleges geometriájú elektróda 52 százalékos teljesítménynövekedést hozott a kísérletekben, így a rendszer már akár nagy léptékű energiatárolásra is alkalmas lehet.
A Dr. Maxime van der Heijden, a Waterloo Egyetem vegyészmérnök professzora által vezetett kutatócsoport természetben előforduló struktúrákból merített ihletet, amikor újratervezte a redox áramlású akkumulátorok egyik kulcsfontosságú alkatrészét.
A redox áramlású akkumulátorok (RFB) olyan energiatároló rendszerek, amelyekben az energiát folyékony elektrolitok tárolják. Ezek külső tartályokban helyezkednek el, ezért a tárolókapacitás a tartályok méretének növelésével is bővíthető. Ez különösen értékessé teheti a technológiát a villamosenergia-hálózatok és a nagy megújuló energiaprojektek számára.
A megújuló energia terjedésével egyre fontosabb kérdéssé válik, hogyan lehet kezelni a termelés ingadozását. A naperőművek teljesítménye például erősen függ a napsütéstől, míg a villamosenergia-fogyasztás ritmusa ettől merőben eltér, a szélenergia termelése pedig szintén az időjárási körülményektől függ, így nem tudja követni a tényleges szükségletet az sem.
Az energiatárolás lehetővé teszi, hogy a többlettermelést későbbre raktározzák el, majd akkor adják vissza a hálózatnak, amikor arra szükség van. Ehhez azonban olyan rendszerekre van szükség, amelyek nagy mennyiségű energiát képesek gazdaságosan és biztonságosan tárolni.
„Ahelyett, hogy szilárd anyagokban halmoznák fel az energiát, külső tartályokban tartott folyékony elektrolitokban tárolják” – mondta van der Heijden. A vegyészmérnök professzor hozzátette: az energiatárolási kapacitás nagyobb tartályok alkalmazásával növelhető, ami alkalmassá teszi a technológiát nagyméretű megújuló energia- és hálózati alkalmazásokra is. A kutatók a redox áramlású akkumulátor egyik kulcsfontosságú elemét, a porózus elektródát tervezték újra.
A cél az volt, hogy pontosabban irányítsák az akkumulátorfolyadék mozgását, ám egyúttal nagyobb felületet is biztosítanak az energiát tároló és felszabadító kémiai reakciók számára.
Ebben kapott szerepet a 3D nyomtatás, ugyanis a technológiával olyan belső struktúrákat lehet kialakítani, amelyek hagyományos gyártási eljárásokkal jóval nehezebben valósíthatók meg.
A kutatócsoport többféle, háromszorosan periodikus minimális felületű, vagyis TPMS-geometriát vizsgált. Ezek bonyolult, ismétlődő háromdimenziós struktúrák, amelyek bizonyos természetes képződményekhez hasonló alakzatokat alkotnak.
Végül a tesztelt kialakítások közül a „gyémánt” geometria bizonyult a legeredményesebbnek; a kutatók mérései szerint ez a megoldás 52 százalékkal növelte a teljesítményt.
A porózus elektródákat digitális fényfeldolgozó, azaz DLP 3D nyomtatóval készítették el, majd a nyomtatást hőkezelés követte, amelynek eredményeként vezetőképes szénelektródákat kaptak.
A fejlesztést először laboratóriumi áramlási cellákban vizsgálták, a következő lépésben pedig egy működő vanádium-redox áramlású akkumulátorban is tesztelték a 3D nyomtatott elektródákat. A kísérletek ezzel azt is megmutatták, hogy a kialakítás működő akkumulátorrendszerben is alkalmazható.
A vanádium-redox áramlású akkumulátorok előnyére írható, hogy akár 20-25 évig működhet egy energiatároló rendszer, és több mint 15 000-20 000 teljes töltési ciklust bír ki kapacitásromlás nélkül.
A teljesítményt a cellaköteg mérete határozza meg, a tárolt energiamennyiséget pedig a folyadéktartályok mérete, azaz elég nagyobb tartályokat építeni, ha több energia kell. További előnye a technológiának a biztonság, ugyanis ezek az energiatárolók nem tudnak kigyulladni vagy felrobbanni, mivel az elektrolit alapja vizes oldat. Ráadásul a benne lévő vanádiumoldat az akkumulátor élettartama után szinte 100 százalékban kinyerhető és újra felhasználható egy másik akkumulátorban.
A technológia elterjedt alkalmazásának azonban egyelőre több korlátja van. Ilyen például, hogy
ezzel szemben a lítium-ion akkumulátoroké 85-90 százalék.
Összességében elmondható, hogy még bőven vannak leküzdendő akadályok a technológia piaci alkalmazása előtt, azonban így is ígéretes, amire eddig a Waterloo Egyetem kutatói jutottak.
A kutatás eredményeit a Journal of Energy Storage folyóiratban publikálták „Tömegtranszport javítása redox áramlású akkumulátorokban 3D-nyomtatott, háromszorosan periodikus minimális felületű elektródaszerkezetekkel” címmel.
Napi