Набагато дешевше і безпечніше: вчені знайшли "водну" заміну літій-іонним акумуляторам

Учені з Корейського інституту науки й технологій (KIST) пропонують замінити небезпечні та дорогі літій-іонні акумулятори на водні батареї, які в майбутньому не поступатимуться їм за ефективністю. Про це пише портал The Debrief.

Літій-іонні акумулятори сьогодні є найпоширенішими на планеті, але вони вибухонебезпечні, доволі дорогі в промисловому застосуванні, а видобуток сировини дуже шкодить довкіллю. Тож нові дослідження, проведені доктором Сі Хен О та його колегами з Дослідницького центру зберігання енергії Корейського інституту науки й технологій (KIST), можливо, допоможуть розв'язати цю проблему, завдяки водним батареям.

Що таке водні акумулятори

У водних акумуляторних батареях як електроліти використовують розчини на водній основі, на відміну від органічних розчинників, що використовуються в традиційних літій-іонних батареях. Така конструкція робить батареї більш безпечними та економічними. Під час циклів заряду і розряду іони переміщаються між двома електродами — катодом і анодом. В іонно-цинкових батареях (тип ARB) металевий цинк переміщається до катода під час розряджання і повертається до анода під час заряджання.

Ці батареї, що складаються з катода з діоксиду марганцю (MnO2) і металевого анода з цинку (Zn) у слабокислому електроліті, визнали гідними кандидатами як альтернативу літій-іонним батареям із показниками низької вартості та високої безпеки.

Однак серйозною проблемою в них досі є нерегульований ріст дендритів і корозія металевих відкладень всередині батареї, що може знизити її безпеку і продуктивність. Простіше кажучи, коли метали в акумуляторі руйнуються, вони виділяють водень, що небезпечно.

Дослідницька група KIST вирішила цю проблему, розробивши композитний каталізатор, що складається з діоксиду марганцю і паладію. У нормальних умовах діоксид марганцю не реагує з газоподібним воднем. Однак при додаванні невеликої кількості паладію каталізатор легко поглинає водень, регенеруючи його у воду. Це рішення не тільки знижує внутрішній тиск, а й запобігає виснаженню електроліту, забезпечуючи тим самим продуктивність і безпеку акумулятора. У їхньому осередку-прототипі, оснащеному новими каталізаторами, внутрішній тиск залишався значно нижчим за поріг безпеки, що довело ефективність такої батареї для практичного застосування.

Головні переваги водних акумуляторів:

• водні батареї безпечніші через електроліти на водній основі, що знижує ризик пожежі та вибуху;
• водні акумулятори використовують дешевші матеріали, що потенційно знижує виробничі витрати;
• такі батареї набагато екологічніші через велику кількість матеріалів, які легко піддаються вторинній переробці;
• водні акумулятори традиційно менш енергоємні, але вчені вже вирішують цю проблему;
• водні батареї мають більш тривалий життєвий цикл і меншу деградацію з плином часу.

Раніше Фокус розповідав, що вчені створили літій-сірчану батарею з рекордними характеристиками. За допомогою додавання сірки вдалося перевищити межу в 1000 циклів заряду/розряду — звичайні літій-іонні батареї на це не здатні.