Водата и електрониката обикновено не се съчетават особено добре, но се оказва, че батериите могат да се възползват от малко H2O.

Като заменят опасните химически електролити, използвани в търговските батерии, с вода, учените разработват рециклируема "водна батерия" и решават ключови проблеми с новата технология, която може да бъде по-безопасна и по-екологична алтернатива.

Водните батерии са известни като водни метал-йонни батерии. В тези устройства се използват метали като магнезий или цинк, които са по-евтини за сглобяване и по-малко токсични от онези, използвани понастоящем в други видове батерии.

Батериите съхраняват енергия, като създават поток от електрони, които се движат от положителния край на батерията (катода) към отрицателния (анода). Те изразходват енергия, когато електроните се движат в обратна посока. Течността в батерията е предназначена за пренасяне на електрони напред и назад между двата края.

При водните батерии електролитната течност е вода с няколко добавени соли, а не сярна киселина или литиева сол.

Важното е, че екипът, който стои зад този последен напредък, е измислил начин да предотврати късо съединение на тези водни батерии. Това се случва, когато върху металния анод в батерията се образуват малки метални израстъци, наречени дендрити, които пробиват отделенията на батерията.

Въпреки че е малко вероятно новата технология да замени литиево-йонните батерии в скоро време, с по-нататъшни изследвания и разработки водните батерии биха могли да осигурят безопасна алтернатива на литиево-йонните след около десетилетие, казва водещият автор, ученият-химик Тиани Ма от университета RMIT в Мелбърн, Австралия.

Литиево-йонните батерии, които се намират във всички устройства - от лаптопи и телефони до електрически велосипеди и автомобили, могат да прегреят и да се запалят в екстремни случаи. Това е така, защото литият е доста активен метал, който е потопен в органичен електролит.

Поради тези опасения за безопасността изследователите отдавна се опитват да разработят батерии, които използват различни материали, но имат същата производителност и подобна продължителност на живота.

Основна пречка пред използването на водни метално-йонни батерии е растежът на дендритите. За да попречат на това, изследователите покриват цинковия анод на батерията с метал бисмут, който се окислява и образува ръжда. Това създава защитен слой, който спира образуването на дендрити.

Тази функция също така помага на прототипа на водните батерии да издържи по-дълго, като запазва повече от 85 % от капацитета си след 500 цикъла, показват експериментите на изследователите.

Според Ройс Курмелов от The Guardian досега екипът е разработил прототипи на водна основа на батерии с размер на монета, използвани в часовници, както и на цилиндрични батерии, подобни на АА или ААА.

Екипът работи за подобряване на енергийната плътност на своите водни батерии, за да ги направи сравними с компактните литиево-йонни батерии, срещани в джобните устройства.

Предпочитаният от тях материал е магнезий, който е по-лек от цинка и има по-голяма потенциална енергийна плътност. Ма казва, че ако магнезиево-йонните батерии могат да бъдат комерсиализирани, технологията ще замени обемистите оловно-киселинни батерии в рамките на няколко години.

Оловно-киселинните батерии имат ниска енергийна плътност и се използват за стартиране на бензинови или дизелови двигатели на автомобили и за съхранение на енергия в големи мрежи. Тъй като обаче съдържат олово и опасни киселини, те не могат да се изхвърлят и трябва да се рециклират в специализирани съоръжения.

Рециклирането или повторното използване на литиево-йонни батерии също е основен приоритет предвид прогнозираното нарастване на търсенето на батерии и метали, използвани за производството им, тъй като светът електрифицира енергийните си системи, за да се откаже постепенно от изкопаемите горива и да се бори с изменението на климата.

"Преодолявайки предизвикателствата, свързани с изхвърлянето в края на жизнения цикъл, пред които са изправени потребителите, промишлеността и правителствата в световен мащаб с настоящите технологии за съхранение на енергия, нашите батерии могат да бъдат безопасно разглобени, а материалите могат да бъдат използвани повторно или рециклирани", казва Ма.

Що се отнася до практическите приложения, изследователите свързват своята конструкция на батерия със соларен панел и 45-ватова соларна светлина, която батерията поддържа осветена в продължение на 12 часа след еднодневно зареждане. Това е малка демонстрация на потенциала на "водните батерии" да се използват за съхранение на възобновяема енергия, което би трябвало да насърчи по-нататъшни изследвания.

Изследването е публикувано в Advanced Materials.

Източник: Science Alert