Епоха літієвих батарей добігає кінця: новий водяний акумулятор заряджається швидше

Незважаючи на високу щільність енергії, тривалий термін служби, швидкість заряджання і простоту конструкції, літій-іонні акумулятори мають низку недоліків, серед яких висока вартість, ризик загоряння і навіть вибуху. Подробиці дослідження опубліковані на офіційному сайті університету.

Ідея використання батарей, у яких використовується розчин електроліту на водній основі, а не органічні розчинники, що використовуються в літієвих батареях, існує ще з XIX століття. Сучасні конструкції дешеві у виробництві, нетоксичні, не горять і легко утилізуються. Однак водні акумулятори здебільшого не володіють достатньою щільністю енергії, напругою і ємністю для живлення електромобілів або для адекватного зберігання енергії, що виробляється поновлюваними технологіями, такими як сонячні панелі і вітряні турбіни.

Вчений Сяолей Ван і його студент Чжисяо Сюй спробували усунути ці недоліки і зробити так, щоб водні батареї, що перезаряджаються, працювали набагато краще. Вони виявили, що акумулятори з органічних матеріалів, до яких належить вода, як правило, погано проводять електрику, тому до них доводиться додавати багато додаткового вуглецю. У результаті залишається менше місця для матеріалів, що накопичують енергію. Крім того, вони мають низьку щільність і не володіють високою енергоємністю.

Вчені зробили прорив, розробивши нові матеріали, в яких зберігається енергія. У водному акумуляторі передача електричного струму між катодом і анодом здійснюється за допомогою електроліту на водній основі, на відміну від органічного розчинника, використовуваного в літій-іонному акумуляторі. Створивши так звані герметичні органічні електроди, команда Вана домоглася підвищення щільності енергії, хімічної активності, електронної провідності, термічної стабільності, механічної міцності та адгезійних властивостей.

"У результаті вони заряджаються швидше, служать довше і зберігають набагато більше енергії, перевершуючи тепер майже всі інші органічні батареї", — прокоментував керівник дослідження.

Команда провела лабораторні успішні випробування прототипу батареї розміром з монету і більшого акумуляторного блоку розміром з невеликий пакет для бутербродів. Їй необхідно ще попрацювати, щоб зробити більші батареї придатними для комерційного використання. Для цього потрібно знайти партнера, готового інвестувати в масштабування технології.

"Ми прагнемо створювати ці акумулятори для великомасштабного (промислового) зберігання енергії. Але якщо ми зможемо досягти порівнянної продуктивності для електромобілів за менших витрат і дотримання вимог безпеки, чому б і ні?", — каже Сяолей Ванг.

Раніше вчені з Китаю змусили "водяну" батарею відпрацювати 200 циклів заряду-розряду без зниження ємності. Вони використовували електроліт із модифікованого похідного нафталіндііміду (NDI).