Учёные обнаружили соль, увеличивающую срок службы батарей в 10 раз

Новое исследование показывает, как сульфат и другие ионы соли уменьшают количество свободной воды, улучшая срок службы и производительность водных батарей. Фото: Heno Hwang

Учёные из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST, Саудовская Аравия) обнаружили ключевую молекулярную причину, которая мешает водным перезаряжаемым батареям стать более безопасным и экономичным вариантом для устойчивого хранения энергии. Их выводы, опубликованные в журнале Science Advances, раскрывают, как вода ухудшает срок службы и производительность батарей, и как добавление доступных солей — например, сульфата цинка — смягчает эту проблему, увеличивая срок службы батарей более чем в 10 раз.

Одним из ключевых факторов, определяющих срок службы батареи (водной или любой другой), является анод. Химические реакции на аноде генерируют и накапливают энергию батареи. Однако паразитные химические реакции разрушают анод, сокращая срок службы батареи.

Новое исследование показывает, как свободная вода способствует этим паразитным реакциям и как сульфат цинка уменьшает количество свободной воды в батарее.

«Наши результаты подчёркивают важность структуры воды в химии батарей — ключевого параметра, который ранее игнорировался», — сказал профессор KAUST и руководитель Центра передовых технологий возобновляемой энергии и хранения энергии (CREST) Хусам Альшариф, ведущий автор исследования.

Свободная вода описывает молекулы воды, которые не связаны прочными связями с другими молекулами. Это состояние позволяет свободной воде взаимодействовать с большим количеством молекул, вызывая нежелательные реакции, которые расходуют энергию и разрушают анод.

Сульфат стабилизирует связи свободной воды, действуя как «водный клей», изменяя динамику молекул воды и уменьшая количество паразитных реакций.

Хотя большая часть экспериментов учёных KAUST проводилась на батареях с использованием сульфата цинка, предварительные исследования показали, что сульфат оказывает аналогичное влияние на другие металлические аноды. Это позволяет предположить, что включение сульфатных солей в конструкцию батарей может стать универсальным решением для увеличения срока службы всех водных батарей.

«Сульфатные соли дешёвые, широкодоступные и химически стабильные, что делает наше решение научно и экономически жизнеспособным», — сказал научный сотрудник KAUST Юньпей Чжу, который провёл большую часть экспериментов.

Водные батареи привлекают значительное внимание во всём мире как устойчивое решение для крупномасштабного хранения энергии, и ожидается, что их рыночная стоимость превысит 10 млрд долларов (800 млрд рублей) к 2030 году. В отличие от литиевых батарей, которые часто используются в электромобилях, водные батареи предлагают более безопасный и устойчивый вариант для интеграции возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, в электрические сети.

В исследовании также приняли участие профессора KAUST Омар Мохаммед, Омар Бакр, Сисян Чжан и Мани Сарати.

Источники: sciencedaily.com, материалы предоставлены King Abdullah University of Science & Technology (KAUST).