Новые «водяные батареи» дешевле, подлежат вторичной переработке и не взрываются

Вода и электроника обычно несовместимы, но, как оказалось, батареи могли бы извлечь выгоду из некоторого количества H₂O.

Заменив опасные химические электролиты, используемые в коммерческих Батареи с водой, ученые разработали «водяную батарею», пригодную для вторичной переработки, и решили ключевые проблемы с помощью новой технологии, которая может стать более безопасной и экологичной альтернативой.

«Водяные батареи» формально известны как водные металло-батареи. ионные батареи. В этих устройствах используются такие металлы, как магний или цинк, которые дешевле собирать и менее токсичны, чем материалы, используемые в настоящее время в других типах батарей.

Батареи накапливают энергию, создавая поток электронов, которые движутся от положительного полюса. конец батареи (катод) к отрицательному концу (анод). Они расходуют энергию, когда электроны движутся в противоположном направлении. Жидкость в батарее предназначена для перемещения электронов туда и обратно между обоими концами.

В водяной батарее электролитической жидкостью является вода с несколькими добавленными солями, а не что-то вроде серной кислоты или соли лития.

Важно отметить, что команда, стоящая за этим последним достижением, нашла способ предотвратить короткое замыкание этих водяных батарей. Это происходит, когда на металлическом аноде внутри батареи образуются крошечные остроконечные металлические наросты, называемые дендритами, которые прорывают батарейные отсеки.

Хотя новая технология вряд ли заменит литий-ионные батареи в ближайшее время, при дальнейших исследованиях и В ходе развития водяные батареи могут стать безопасной альтернативой литий-ионным батареям примерно через десять лет, говорит ведущий автор, ученый-химик Тяньи Ма из Университета RMIT в Мельбурне, Австралия.

Литий-ионные батареи, которые Встречается во всем: от ноутбуков и телефонов до электрических велосипедов и автомобилей, в крайних случаях может перегреться и загореться. Это связано с тем, что литий является весьма активным металлом, который погружен в органический электролит.

Из-за проблем безопасности исследователи уже давно пытаются разработать батареи, в которых используются другие материалы, но которые имеют одинаковые характеристики и имеют одинаковые характеристики. аналогичный срок службы.

Основным препятствием на пути использования водных металл-ионных батарей является рост дендритов. Чтобы предотвратить это, исследователи покрыли цинковый анод батареи металлическим висмутом, который окисляется, образуя ржавчину. Это создает защитный слой, который предотвращает образование дендритов.

Эта функция также помогает прототипам водяных батарей прослужить дольше, сохраняя более 85 процентов своей емкости после 500 циклов, как показали эксперименты исследователей.

По словам Ройса Курмелова из The Guardian, на данный момент команда разработала водные прототипы батареек размером с монету, используемых в часах, а также цилиндрические батарейки, похожие на батарейки типа АА или ААА.

Команда работает над повышением плотности энергии своих водяных батарей, чтобы сделать их сопоставимыми с компактными литий-ионными батареями, которые можно найти в карманных устройствах.

Они предпочитают магний. материал, более легкий, чем цинк, с большей плотностью потенциальной энергии. Ма говорит, что если магниево-ионные аккумуляторы будут коммерциализированы, эта технология сможет заменить громоздкие свинцово-кислотные аккумуляторы в течение нескольких лет.

Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют низкую плотность энергии и используются для запуска бензина или дизельного топлива. автомобильные двигатели и крупномасштабные сетевые накопители энергии. Однако, поскольку они содержат свинец и опасные кислоты, их нельзя утилизировать, и их необходимо перерабатывать на специализированных предприятиях.

Переработка или повторное использование литий-ионных батарей также является главным приоритетом, учитывая прогнозируемый рост спроса на батареи. и металлы, используемые для их изготовления, поскольку мир электрифицирует свои энергетические системы для постепенного отказа от ископаемого топлива и борьбы с изменением климата.

«Решение проблем утилизации по окончании срока службы, с которыми сталкиваются потребители, промышленность и правительства во всем мире. Благодаря современным технологиям хранения энергии наши батареи можно безопасно разбирать, а материалы можно использовать повторно или перерабатывать», — говорит Ма.

Что касается практического применения, исследователи подключили свою конструкцию батареи к солнечной панели и солнечный фонарь мощностью 45 Вт, который аккумулятор светил в течение 12 часов после дневной зарядки. Это небольшая демонстрация потенциала «водяных батарей» для хранения возобновляемой энергии, что должно стимулировать дополнительные исследования.

Исследование опубликовано в Advanced Materials.