Изобретатели создали первые в мире “водяные батарейки”, которые не загораются и не взрываются

Международная группа исследователей и промышленных специалистов заявляет, что им удалось изобрести первые в мире водяные батарейки.

В отличие от популярных литий-ионных батарей, которые питают все – от мобильных телефонов до электромобилей, но при этом изготавливаются с использованием опасных и токсичных электролитов, в новых батареях используется только вода. В результате получается менее токсичное, полностью перерабатываемое устройство для хранения энергии, которое никогда не загорится и не взорвется.

Хотя по своим характеристикам водные батареи пока не дотягивают до литий-ионных, их изобретатели утверждают, что многочисленные достижения и планируемые усовершенствования должны ликвидировать этот разрыв в течение ближайших пяти-десяти лет.

Ключ к водяным батареям – это вода

В традиционных батареях органические электролиты позволяют электрическому току протекать между положительным и отрицательным полюсами. В литий-ионных батареях в качестве электролита выступает жидкий растворитель, растворяющий соль лития. К сожалению, эти материалы часто плохо реагируют на высокие температуры и давление. В худшем случае они могут сжечь электронные устройства, поджечь двигатель автомобиля или даже взорваться.

Надеясь найти лучшую альтернативу, международная группа ученых-исследователей под руководством заслуженного профессора Университета RMIT (Международный университет технологий, дизайна и предпринимательства) Тяньи Ма и выбранных промышленных партнеров придумала, как заменить опасный и зачастую токсичный электролит на обычную H₂O, она же вода. В результате получился накопитель энергии, который работает так же, как литий-ионный аккумулятор, но без всех нежелательных рисков.

“То, что мы разрабатываем и производим, называется водные металл-ионные батареи – или мы можем называть их водяными батареями”, – говорит Ма из Научной школы RMIT.

Изобретатели батареи также утверждают, что наряду с повышенной безопасностью их батарея более экологична. Эта проблема также стояла перед традиционными батареями, поскольку их трудно утилизировать после того, как они вырабатывают свой ресурс.

“Решая проблемы утилизации, с которыми сталкиваются потребители, промышленность и правительства во всем мире, используя современные технологии хранения энергии, наши батареи можно безопасно разобрать, а материалы использовать повторно или переработать”, – говорит Ма.

Профессор также отметил, что их водяные батареи не требуют экзотических элементов или других материалов, а могут быть изготовлены из легкодоступных и недорогих компонентов. Это будет иметь решающее значение при попытке вывести водяные батареи на рынок.

“Мы используем такие материалы, как магний и цинк, которые распространены в природе, недороги и менее токсичны, чем альтернативы, используемые в других видах батарей, – пояснил Ма, – что позволяет снизить стоимость производства и уменьшить риски для здоровья людей и окружающей среды”.

Команда продолжает улучшать характеристики и срок службы 

Несмотря на повышенную безопасность и снижение токсичности водяных батарей, исследователи знают, что они не станут коммерчески жизнеспособными, пока их срок службы и производительность не сравняются с литий-ионными батареями или не превзойдут их. К счастью, изобретатели утверждают, что после добавления слоя висмута и его оксида на клеммы батареи, чтобы предотвратить рост металлических дендритов, водяные батареи служат примерно столько же, сколько и их конкуренты.

“Теперь наши батареи служат значительно дольше – сопоставимо с коммерческими литий-ионными батареями на рынке – что делает их идеальными для высокоскоростного и интенсивного использования в реальных условиях”, – говорит Ма.

Что касается плотности энергии, то, по словам команды, они все еще сильно отстают от литий-ионных, но быстро приближаются к ним.

“Недавно мы создали магниево-ионный водяной аккумулятор, плотность энергии которого составляет 75 ватт-часов на килограмм (Вт-ч кг-1) – на 30 % больше, чем у новейших аккумуляторов для автомобилей Tesla”, – говорят они.

Команда также утверждает, что у них есть четкий путь к повышению плотности энергии батареи. Первым шагом станет включение в электролит новых наноматериалов, наиболее вероятным кандидатом на которые является магний. В случае успеха добавление магния может позволить им достичь конкурентоспособных уровней хранения энергии в течение нескольких лет.

“Магниево-ионные водяные аккумуляторы способны заменить свинцово-кислотные батареи в краткосрочной перспективе – от одного до трех лет – и потенциально заменить литий-ионные батареи в долгосрочной перспективе, через 5-10 лет”, – пояснил Ма. “Магний легче, чем альтернативные металлы, включая цинк и никель, имеет большую потенциальную плотность энергии и позволит создать батареи с более быстрым временем зарядки и лучшими возможностями для поддержки энергоемких устройств и приложений”.

Пока же, по словам исследовательской группы, их батареи уже можно использовать в крупномасштабных системах хранения энергии, особенно учитывая их повышенную безопасность и меньшую токсичность по сравнению с традиционными технологиями хранения энергии. Тем не менее, они признают, что конечная цель – предложить более безопасную альтернативу нынешним батареям, которая будет соответствовать или даже превосходить их по сроку службы и плотности энергии и сможет использоваться в автомобилях, домах и повседневных электронных устройствах.

“По мере развития нашей технологии могут стать реальностью и другие виды применения небольших накопителей энергии, например, для питания домов и развлекательных устройств”, – говорит Ма.

Читайте также: Впервые представлен прототип “кровяной батареи”, работающей на гемоглобине