Аккумуляторные батареи на основе соленой воды могли бы революционизировать рынок систем хранения электроэнергии в будущем. Их преимущество: они не только дешевые, но и безопасные. Благодаря тому, что удалось разработать специальный солевой раствор, коммерческое использование таких аккумуляторных батарей стало сейчас более досягаемым.
Исследователи по всему миру занимаются поиском безопасных и дешевых альтернатив традиционным батареям. При этом возникло множество различных концепций на тему материалов, которые можно было бы использовать в аккумуляторных батареях будущего. Недавно исследователи из Сиднея представили новую цинко-воздушную батарею. А одна из израильских компаний делает ставку на наноматериалы и специальные органические соединения. Однако, два швейцарских исследователя пошли новым путем и намерены использовать воду в качестве электролита — казалось бы, очень легкое решение. Потому что вода не только доступна везде и подходит для использования в качестве проводника ионов, но еще и недорогая, и негорючая.
Однако у воды есть недостаток, который значительно затрудняет ее использование в аккумуляторных батареях. Она могла бы стать безопасным электролитом, если бы не свойство сохранять химическую стабильность только при напряжении до 1,23 В. То есть, водяные ячейки выдают в 3 раза меньше мощности, чем литий-ионные аналоги на 3,7 В. А поскольку оба ученых из лаборатории «Материалы для преобразования энергии» Федеральной лаборатории по исследованию веществ и материалов (Empa) Рубен-Саймон Кюнель и Давид Ребер знали о том, что такие батареи не могут быть пригодны для использования в электромобилях, и годятся, безусловно, только в качестве стационарных систем хранения электроэнергии.
Никакой «лишней» воды
Но оба исследователя решили не сдаваться. После некоторых испытаний они обнаружили, что соленый электролит должен быть жидким и в то же время высококонцентрированным, чтобы в нем не было «лишней» воды. Кюнель т Ребер использовали специальную соль, натрий FSI (бис (фторсульфонил) имид натрия). Вещество хорошо растворяется в воде. При соотношении семи граммов соли и одного грамма воды образовывалась жидкость, в которой почти отсутствовали свободные молекулы воды.
Удивительный результат эксперимента: раствор сохраняет электрохимическую стабильность при напряжении до 2,6 В, что примерно в два раза больше, чем у других водных электролитов. Поэтому такое решение можно было бы использовать для дешевых и в то же время безопасных батарейных ячеек. При этом важную роль играет то, что натриевые FSI-ячейки более безопасны, чем обычные литий-ионные батареи, и, следовательно, их намного легче произвести.
Система уже прошла несколько циклов разрядки-зарядки в лаборатории, сообщает Empa. Однако пока аноды и катоды испытываются отдельно. Только на следующем этапе исследователи намерены объединить обе части в одну аккумуляторную батарею. Если эти эксперименты пройдут также хорошо, то создание аккумуляторной батареи на основе соленой воды может оказаться в пределах досягаемости.
Технология описана в ACS Energy Letters.
Источник: https://www.energiezukunft.eu/umwelt/technik/sind-salzwasserbatterien-die-stromspeicher-der-zukunft-gn105176/