Wiele wskazuje na to, że naukowcy z UNSW Sydney dokonali znaczącego przełomu w technologii przechowywania energii, na który świat tak długo czeka. Stworzyli nowy akumulator protonowy, wykorzystujący protony zamiast tradycyjnych jonów litu. Dzięki zastosowaniu innowacyjnego materiału organicznego o nazwie tetraaminobenzochinon (TABQ), ogniwo oferuje wyjątkową wydajność, trwałość i stabilność nawet w ekstremalnych warunkach.
Akumulatory protonowe to nowoczesna technologia magazynowania energii, która może zrewolucjonizować dotychczasowy sposób przechowywania i wykorzystywania energii w naszych domach i firmach. Dzięki swojej ekologiczności i trwałości stanowią obiecującą alternatywę dla tradycyjnych baterii litowo-jonowych, które są powszechnie używane, ale mają swoje ograniczenia. Zmieniające się potrzeby rynku energetycznego oraz rosnąca rola odnawialnych źródeł energii (OZE) wymuszają poszukiwanie bardziej zrównoważonych i efektywnych rozwiązań – i tutaj na scenę wkraczają akumulatory protonowe.
Dlaczego to ważne? Obecne systemy magazynowania energii zmagają się z problemami krótkiej żywotności, wysokimi kosztami produkcji oraz dużym wpływem na środowisko. Akumulatory protonowe oferują rozwiązania dla tych wyzwań, otwierając drzwi do bardziej ekologicznej i niezawodnej energetyki.
Jak działają akumulatory protonowe?
Akumulatory protonowe wykorzystują protony – najmniejsze i najlżejsze cząstki – jako nośnik energii. Kluczowym elementem tej technologii jest materiał organiczny, tetraaminobenzochinon (TABQ), który umożliwia przechowywanie i uwalnianie protonów w procesie ładowania i rozładowania.
Proces działania:
- Magazynowanie protonów: w trakcie ładowania protony wiążą się z materiałem organicznym (np. TABQ) w elektrolicie.
- Uwalnianie energii: podczas rozładowania protony przemieszczają się przez membranę, generując energię elektryczną.
- Odwracalność procesu: akumulator protonowy umożliwia wielokrotne ładowanie i rozładowanie, co jest kluczowe dla jego trwałości.
Dzięki wykorzystaniu materiałów organicznych akumulatory te są bardziej ekologiczne, a jednocześnie oferują wydajność zbliżoną do tradycyjnych ogniw litowo-jonowych.
Rozwój technologii protonowej – od prototypu do rewolucji
Rozwój technologii akumulatorów protonowych sięga początku XXI wieku, jednak to właśnie w ostatnich latach udało się osiągnąć przełomowe wyniki. Jednym z kluczowych osiągnięć tego roku (2024) było opracowanie akumulatora przez naukowców z UNSW Sydney, w którym zastosowano materiał organiczny TABQ. Dzięki niemu akumulator może wytrzymać aż 3500 cykli ładowania, co znacząco przewyższa możliwości tradycyjnych baterii litowo-jonowych, te oferują 500. Kolejne istotne badania przeprowadzono na Uniwersytecie RMIT w Melbourne, gdzie opracowano prototyp z odwracalnym ogniwem paliwowym oraz elektrodami węglowymi, które wykorzystują wodór jako główny nośnik energii. Na całym świecie inne ośrodki badawcze skupiają się na zwiększeniu gęstości energetycznej oraz poprawie trwałości akumulatorów protonowych, co pokazuje ogromny potencjał tej technologii.
„Opracowaliśmy nowy, wysokopojemny materiał małocząsteczkowy do magazynowania protonów” — mówi prof. Zhao , twórca nowej wersji akumulatora protonowego. „Używając TABQ, udało nam się zbudować całkowicie organiczną baterię protonową, która jest skuteczna zarówno w temperaturze pokojowej, jak i w temperaturach poniżej zera”. Na zdjęciu prototyp akumulatora
Zalety i wady akumulatorów protonowych [2024]
| ZALETY | WADY |
| Dłuższa żywotność – nawet 3500 cykli ładowania, w porównaniu do 500-1000 cykli w akumulatorach litowo-jonowych. | Niższa gęstość energetyczna – obecnie mniej wydajna niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych. |
| Ekologiczność – wykorzystanie protonów i materiałów organicznych eliminuje potrzebę wydobywania litu czy kobaltu. | Koszty produkcji – nowoczesne materiały i zaawansowane procesy podnoszą koszty produkcji. |
| Odporność na niskie temperatury – akumulatory protonowe działają efektywnie w ekstremalnych warunkach. | Skalowalność – trudności z przejściem od prototypów do masowej produkcji. |
| Bezpieczeństwo – brak ryzyka zapłonu, które jest problemem w akumulatorach litowo-jonowych. | Zarządzanie ciepłem – wymaga odpowiednich systemów chłodzenia w przypadku dużych zastosowań. |
| Powszechność surowców – protony są obfite w naturze, co eliminuje zależność od ograniczonych surowców. | Wysokie wymagania technologiczne – rozwój wymaga zaawansowanych badań i optymalizacji procesów. |
| Szerokie zastosowanie – idealne dla magazynowania energii odnawialnej, pojazdów elektrycznych i systemów przemysłowych. | Regulacje i normy – brak ustalonych standardów dla nowej technologii. |
Potencjał i przyszłość technologii protonowej
Akumulatory protonowe znajdują szerokie zastosowanie zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w firmach, oferując efektywne rozwiązania dla różnorodnych potrzeb energetycznych. W domach mogą służyć jako magazyny energii dla paneli fotowoltaicznych, co jest szczególnie przydatne w aktualnie stosowanych systemach off-grid, umożliwiając gromadzenie energii w okresach nadprodukcji i jej wykorzystanie, gdy panele nie generują prądu. Ponadto akumulatory protonowe mogą zapewnić stabilne źródło zasilania podczas przerw w dostawach energii, co zwiększa komfort i bezpieczeństwo użytkowników.
W przypadku firm akumulatory protonowe pozwalają na stabilizację dostaw energii w zakładach przemysłowych, gdzie niezawodność zasilania ma kluczowe znaczenie. Mogą również służyć do magazynowania nadwyżek energii odnawialnej, co pozwala na efektywniejsze wykorzystanie zasobów i redukcję kosztów operacyjnych. Dzięki swojej długiej żywotności akumulatory protonowe stanowią również ekonomiczne rozwiązanie, które pozwala firmom obniżyć koszty związane z wymianą ogniw i zapewnić większą niezależność energetyczną.
Kiedy w sprzedaży?
Akumulatory protonowe, będące obiecującą alternatywą dla tradycyjnych ogniw litowo-jonowych, wciąż znajdują się na etapie badań i prototypów. Obecnie nie są one dostępne komercyjnie, a ich wprowadzenie na rynek wymaga dalszych prac nad zwiększeniem gęstości energetycznej, trwałością oraz obniżeniem kosztów produkcji.
Prognozy dotyczące dostępności i cen akumulatorów protonowych nie są jeszcze precyzyjne, jednak obserwując tempo rozwoju technologii magazynowania energii, można spodziewać się ich komercjalizacji w ciągu najbliższych kilku lat. Warto zauważyć, że ceny akumulatorów litowo-jonowych systematycznie spadają; według prognoz Goldman Sachs, do 2025 roku mogą one osiągnąć poziom około 80 dolarów za kWh. Jeśli podobny trend będzie dotyczył akumulatorów protonowych, ich ceny również powinny stać się konkurencyjne w momencie wejścia na rynek.
