Намного дешевле и безопаснее: ученые нашли "водную" замену литий-ионным аккумуляторам

Ученые из Корейского института науки и технологий (KIST) предлагают заменить опасные и дорогие литий-ионные аккумуляторы на водные батареи, которые в будущем не будут уступать им по эффективности. Об этом пишет портал The Debrief.

Литий-ионные аккумуляторы сегодня являются самыми распространенными на планете, но они взрывоопасны, достаточно дороги в промышленном применении, а добыча сырья очень вредит окружающей среде. Поэтому новые исследования, проведенные доктором Си Хен О и его коллегами из Исследовательского центра хранения энергии Корейского института науки и технологий (KIST), возможно, помогут решить эту проблему, благодаря водным батареям.

Что такое водные аккумуляторы

В водных аккумуляторных батареях в качестве электролитов используются растворы на водной основе, в отличие от органических растворителей, используемых в традиционных литий-ионных батареях. Такая конструкция делает батареи более безопасными и экономичными. Во время циклов заряда и разряда ионы перемещаются между двумя электродами – катодом и анодом. В ионно-цинковых батареях (тип ARB) металлический цинк перемещается к катоду при разрядке и возвращается к аноду при зарядке.

Эти батареи, состоящие из катода из диоксида марганца (MnO2) и металлического анода из цинка (Zn) в слабокислом электролите, были признаны достойными кандидатами в качестве альтернативы литий-ионным батареям с показателями низкой стоимости и высокой безопасности.

Однако серьезной проблемой в них до сих пор является нерегулируемый рост дендритов и коррозия металлических отложений внутри батареи, что может снизить ее безопасность и производительность. Проще говоря, когда металлы в аккумуляторе разрушаются, они выделяют водород, что не безопасно.

Исследовательская группа KIST решила эту проблему, разработав композитный катализатор, состоящий из диоксида марганца и палладия. В нормальных условиях диоксид марганца не реагирует с газообразным водородом. Однако при добавлении небольшого количества палладия катализатор легко поглощает водород, регенерируя его в воду. Это решение не только снижает внутреннее давление, но и предотвращает истощение электролита, обеспечивая тем самым производительность и безопасность аккумулятора. В их ячейке-прототипе, оснащенной новыми катализаторами, внутреннее давление оставалось значительно ниже порога безопасности, что доказало эффективность такой батареи для практического применения.

Главные преимущества водных аккумуляторов:

• водные батареи более безопасны из-за электролитов на водной основе, что снижает риск пожара и взрыва;
• водные аккумуляторы используют более дешевые материалы, что потенциально снижает производственные затраты;
• такие батареи гораздо экологичны из-за большого количества материалов, которые легко поддаются вторичной переработке;
• водные аккумуляторы традиционно менее энергоемкие, но ученые уже решают эту проблему;
• водные батареи имеют более длительный жизненный цикл и меньшую деградацию с течением времени.

Ранее Фокус рассказывал, что ученые создали литий-серную батарею с рекордными характеристиками. С помощью добавления серы удалось превысить предел в 1000 циклов заряда/разряда — обычные литий-ионные батареи на это не способны.