Ιρανοί ερευνητές αναπτύσσουν ηλεκτρόδια διπλής χρήσης για την αποθήκευση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας
Ιρανοί ερευνητές ανέπτυξαν υλικά ηλεκτροδίων διπλής χρήσης που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση της πρόκλησης της αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια.
Η έρευνα διεξήχθη από την Maryam Farahmand-Habibi κατά τη διάρκεια των μεταδιδακτορικών της σπουδών στο Πανεπιστήμιο του Gilan, με επίκεντρο τον «σχεδιασμό και την ανάπτυξη ηλεκτροδίων διπλής χρήσης για ταυτόχρονη εφαρμογή σε μικροβιακά κυψέλες καυσίμου και υπερπυκνωτές».
Το έργο επιδιώκει να αναπτύξει υλικά ηλεκτροδίων υψηλής απόδοσης ικανά να υποστηρίξουν τόσο τη μετατροπή ενέργειας όσο και την αποθήκευση ενέργειας, συμβάλλοντας ενδεχομένως στη μείωση του κόστους και της πολυπλοκότητας των ηλεκτροχημικών ενεργειακών συστημάτων.
«Η μείωση των μη ανανεώσιμων ενεργειακών πόρων, η υποβάθμιση του περιβάλλοντος και η ανάγκη ανάπτυξης συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας έχουν καταστήσει την έρευνα και την ανάπτυξη στις τεχνολογίες μετατροπής και αποθήκευσης ενέργειας ολοένα και πιο σημαντική», δήλωσε η Farahmand-Habibi, όπως ανέφερε το πρακτορείο ειδήσεων Mehr.
Τα μικροβιακά κυψέλες καυσίμου είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία που χρησιμοποιεί μικροοργανισμούς για να διασπάσει την οργανική ύλη και ταυτόχρονα να μετατρέψει τη χημική ενέργεια που περιέχεται σε αυτήν σε ηλεκτρική ενέργεια, εξήγησε.
Εν τω μεταξύ, οι υπερπυκνωτές έχουν προσελκύσει σημαντική προσοχή λόγω της υψηλής πυκνότητας ισχύος, του κατάλληλου κύκλου ζωής, της ασφάλειας και των χαμηλών απαιτήσεων συντήρησης, πρόσθεσε.
Η Farahmand-Habibi τόνισε ότι η απόδοση και των δύο τεχνολογιών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητες των ηλεκτροδίων τους.
«Οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες των μικροβιακών κυψελών καυσίμου και των υπερπυκνωτών εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά του ηλεκτροδίου που χρησιμοποιείται», είπε. «Επομένως, ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη νέων υλικών ηλεκτροδίων υψηλής απόδοσης είναι μία από τις θεμελιώδεις απαιτήσεις για την επέκταση των εφαρμογών αυτών των τεχνολογιών».
Η έρευνα, είπε, επικεντρώνεται σε ηλεκτροκαταλύτες διπλής χρήσης που μπορούν να εκτελέσουν δύο διαφορετικές λειτουργίες.
Μπορούν να διευκολύνουν την αντίδραση αναγωγής οξυγόνου, μια βασική διαδικασία στις μικροβιακές κυψέλες καυσίμου, παρέχοντας παράλληλα δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας όταν χρησιμοποιούνται σε υπερπυκνωτές, σημείωσε.
Σύμφωνα με την ερευνήτρια, η προσέγγιση στοχεύει να συνδυάσει την καταλυτική δραστηριότητα που απαιτείται για την παραγωγή ενέργειας με την ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας σε μια ενιαία δομή.
Η ομάδα επικεντρώθηκε επίσης στη μηχανική της δομής και της μορφολογίας των ηλεκτροδίων για να βελτιώσει την απόδοσή τους.
«Η μηχανική δομής και μορφολογίας των υλικών ηλεκτροδίων παίζει σημαντικό ρόλο στην ενίσχυση της αποδοτικότητάς τους», δήλωσε η Farahmand-Habibi. «Για αυτόν τον λόγο, έχουν καταβληθεί προσπάθειες για τον σχεδιασμό και την κατασκευή ηλεκτροδίων με πορώδεις δομές και υψηλές ειδικές επιφάνειες και για την αξιολόγηση της απόδοσής τους σε εφαρμογές που σχετίζονται με μικροβιακά κυψέλες καυσίμου και υπερπυκνωτές».
Η ανάπτυξη θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα σημαντική για τα συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπου η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από πηγές όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια παρουσιάζει φυσικές διακυμάνσεις.
«Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές όπως η ηλιακή, η αιολική και η γεωθερμική ενέργεια συνοδεύεται πάντα από την πρόκληση της αποθήκευσης ενέργειας λόγω των φυσικών διακυμάνσεών τους», είπε.
«Η αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας σε κατάλληλες χρονικές στιγμές και η χρήση της όταν η παραγωγή μειώνεται είναι ένας σημαντικός τρόπος για τη διαχείριση της ενεργειακής κρίσης».
Οι ηλεκτροχημικές τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένων των κυψελών καυσίμου και των ηλεκτροχημικών πυκνωτών, θα μπορούσαν επομένως να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην αποθήκευση και διαχείριση της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές, τόνισε.
Ωστόσο, σημείωσε, η ευρεία ανάπτυξη τέτοιων τεχνολογιών αντιμετωπίζει ένα σημαντικό οικονομικό εμπόδιο: πολλοί συμβατικοί ηλεκτροκαταλύτες βασίζονται σε πολύτιμα μέταλλα όπως η πλατίνα.
«Οι εμπορικοί καταλύτες που βασίζονται σε πολύτιμα μέταλλα όπως η πλατίνα, λόγω του υψηλού κόστους και της περιορισμένης διαθεσιμότητάς τους, έχουν δημιουργήσει προκλήσεις για την ευρεία χρήση αυτών των τεχνολογιών», δήλωσε η Farahmand-Habibi.
Σημείωσε ότι η ανάπτυξη αποτελεσματικών και οικονομικά βιώσιμων ηλεκτροκαταλυτών που βασίζονται σε μη πολύτιμα μέταλλα έχει καταστεί επομένως μια σημαντική κατεύθυνση στην πρόσφατη έρευνα.
Οι ηλεκτροκαταλύτες διπλής χρήσης θα μπορούσαν να προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά συστήματα, μειώνοντας το κόστος και την πολυπλοκότητα του συστήματος, βελτιώνοντας την ανθεκτικότητα και την ευελιξία του εξοπλισμού και επιτρέποντας σε ένα μόνο ηλεκτρόδιο να εκτελεί πολλαπλές λειτουργίες, είπε.
Η Farahmand-Habibi επεσήμανε ότι η ανάπτυξη αποδοτικών και σταθερών ηλεκτροδίων είναι απαραίτητη για την προσέγγιση των μικροβιακών κυψελών καυσίμου και των υπερπυκνωτών σε ευρύτερες οικονομικές και βιομηχανικές εφαρμογές.
«Δεδομένων των ευρέων οικονομικών και βιομηχανικών εφαρμογών των μικροβιακών κυψελών καυσίμου και των υπερπυκνωτών, η επίτευξη αποδοτικών και σταθερών ηλεκτροδίων αποτελεί ουσιαστικό βήμα προς την εμπορευματοποίηση αυτών των τεχνολογιών», είπε.
Η έρευνα θα μπορούσε έτσι να συμβάλει στην ανάπτυξη πιο οικονομικά προσιτών και ευέλικτων ηλεκτροχημικών συστημάτων για τη μετατροπή και αποθήκευση καθαρής ενέργειας, συμβάλλοντας στην προετοιμασία του δρόμου για την ευρύτερη ενσωμάτωση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στα μελλοντικά ενεργειακά συστήματα, δήλωσε.
—
