Мы довольно хорошо научились создавать аккумуляторы, которые сохраняют большую мощность. К сожалению, нам не так хорошо удается создавать те, которые в конечном итоге не подвергаются коррозии, не загораются и не отравляют землю, в которой они оказываются. Новое достижение пытается изменить это: новый тип батареи, работающий на воде и рассоле тофу. Более того, в лабораторных условиях он выдерживает 120 000 циклов зарядки. Это примерно в 40 раз выше, чем у обычных литий-ионных батарей, которые выдерживают около 3000 циклов, прежде чем разлагаются. Теоретически, если заряжать один из них один раз в день, они могут работать более 300 лет. Очевидно, ни один телефон или даже электромобиль не служат так долго, но обещание реально.
Так как же это на самом деле работает? Электролит — жидкость внутри батареи, ответственная за перемещение электрического заряда между двумя электродами, — состоит из нейтральных солей магния и кальция. Это те же минералы, которые содержатся в рассоле тофу, веществе, которое используется для свертывания соевого молока при производстве тофу. Исследователи также поддерживали нейтральный уровень pH раствора 7,0, что помогло избежать побочных коррозионных реакций, которые разрушают обычные батареи изнутри.
Тем не менее, жидкость была лишь частью головоломки. Исследователи также заменили типичный отрицательный электрод на металлической основе в своей батарее на электрод, сделанный из органических полимеров, которые по сути являются пластиками. В качестве положительного электрода использовали аналог красочного пигмента «берлинская лазурь». В конечном итоге, как показано в полном исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, они получили впечатляющую энергетическую емкость — 112,8 миллиампер-часов на грамм, что впечатляет для этого типа батареи.
Почему водяные батареи имеют значение
Есть причина, по которой исследователи рассматривают альтернативы на водной основе. Литий-ионные батареи сейчас питают практически все, но у них есть проблема. Легковоспламеняющиеся растворители, используемые в качестве электролитов, могут загореться, если аккумуляторы перегреются или повредятся. Это привело к инцидентам в самолетах, когда портативные аккумуляторы возгорались во время полета, а некоторые авиакомпании уже начали запрещать использование аккумуляторов на рейсах. Рост числа возгораний электромобилей, которые, как известно, трудно потушить, также возобновил споры о том, действительно ли литий-ионный аккумулятор достаточно безопасен для длительного использования.
Батареи на водной основе полностью обходят все это. Риск возгорания отсутствует, поскольку электролит негорючий. Также нет необходимости перерабатывать опасные отходы, когда вы их выбрасываете. Исследователи подтвердили, что батареи соответствуют международным стандартам утилизации, включая Закон США о сохранении и восстановлении ресурсов.
Эти водные батареи также обычно дешевле производить. Они полагаются на ингредиенты, которые стоят гораздо дешевле, чем те, которые входят в стандартный литий-ионный элемент, что делает их особенно привлекательными для крупномасштабных сетевых систем хранения данных (например, солнечных ферм и балансировки энергии ветра), где вам нужно что-то долговечное и доступное, а не компактное и энергоемкое. Тем не менее, препятствия все еще существуют. Плотность энергии должна вырасти, прежде чем они смогут конкурировать в приложениях, где размер и вес имеют значение. Расширение производства этих органических полимеров — еще одна проблема, которую команда открыто признает. Но если им удастся это выяснить, в будущем это может стать реальным претендентом на создание стационарного хранилища энергии. И это лишь одна из нескольких новых аккумуляторных технологий, находящихся в стадии разработки, которые в конечном итоге могут изменить все: от электромобилей до смартфонов.
