В последнее время, в связи с активным развитием технологий возобновляемой энергии, возникла необходимость в системах хранения электричества (ESS), которые смогут его накапливать, хранить и поставлять по мере необходимости. Как известно, возобновляемые источники энергии очень нестабильны. Например, солнечные панели могут вырабатывать энергию только в дневное время, а ветрогенераторы работают только при наличии ветра. Для накопления энергии используют литий-ионные батарея, однако они имеют ряд недостатков. Помимо того, что аккумуляторы дорогие, они еще обладают свойством воспламеняться и даже взрываться (вспомним пресловутый Galaxy Note 7). Поэтому нет сомнений в том, что в настоящее время существует необходимость в более доступных и безопасных аккумуляторах. Такую альтернативу предложили корейские ученые, усовершенствовав уже существующую технологию водных цинк-ионных аккумуляторов.

Корейские ученые разработали технологию для производства безопасных водных батарей

Как работают водные батареи

Сотрудники Корейского института науки и технологий (KIST) разработали безопасную водную цинк-ионную перезаряжаемую батарею, которая может быть более совершенной альтернативой литий-ионной батареи. Одно из главных преимуществ новой технологии заключается в дешевизне, так как стоимость сырья для производства водно-водородных батарей значительно более низкая, чем литий-ионных.

Надо сказать, что сама по себе технология не новая. Однако она не получила широкого распространения, так как в результате коррозии металлического анода и сопутствующего разложения воды, возникает газообразный водород. Он вызывает повышение давления внутри батареи и истощение электролита. В результате у аккумуляторов высокая взрывоопасность.

Литий-ионные аккумуляторы имеют много недостатков, поэтому им необходима более совершенная альтернатива

Ранее, чтобы устранить эту проблему, исследователи использовали поверхностный защитный слой, при помощи которого уменьшали площадь соприкосновения металлического анода с электролитом. Но коррозия металлического анода и, соответственно, разложение воды в электролите в большинстве случаев все равно неизбежны. Поэтому беспрерывное образование газообразного водорода все равно увеличивало риск детонации при длительной эксплуатации батареи.

Для решения этой проблемы ученые создали композитный катализатор, включающий в себя диоксид марганца и палладия. Этот катализатор способен автоматически преобразовывать газообразный водород, образующийся внутри элемента, в воду. В результате обеспечивается не только более высокая эффективность батарей, но и безопасность.

Металл палладий заставляет диоксид марганца поглощать водород и преобразовывать в воду

Как сообщается в исследовании, диоксид марганца не реагирует с газообразным водородом в нормальных условиях. Однако, когда в воде присутствует немного палладия, диоксид марганца вступает в реакцию с водородом, в результате чего он преобразуется опять в воду. Во время испытаний, в батарее давление поддерживалось на низком безопасном уровне, и истощение электролита не наблюдалось.

Водные батареи заменят литий-ионные аккумуляторы?

Результаты исследования показали, что проблема опасности водных батарей, фактически, решена. Речь, конечно, не идет о батареях для гаджетов. Однако новая технология позволит создавать более дешевые и совершенные системы хранения энергии. Некоторые эксперты даже предполагают, что замена литий-ионных батарей водными может стать причиной роста мирового рынка систем хранения энергии. Это в свою очередь еще больше подтолкнет к развитию возобновляемую энергетику.

Новая технология может сделать более безопасными водородные заправочные станции

Кроме того, как говорят сами ученые, технология может использоваться не только для батарей, но и на промышленных объектах, где утечка газообразного водорода представляет опасность. Например, она может быть использована на водородных заправочных станциях, атомных электростанциях, и т.д. Ее применение сделает эти объекты еще более безопасными.

Напоследок напомним, что ученые уже давно работают над созданием альтернативы литий-ионным аккумуляторам. Ранее мы рассказывали, что такой альтернативой могут стать алмазные батареи из ядерных отходов, которые на первый взгляд имеют несколько ключевых преимуществ. Однако ученым пока не удалось разработать технологию для массового производства таких аккумуляторов. Но, возможно, в ближайшее время мы увидим другие новые технологии, так как потребность в них существует давно.