Экологически чистая водная батарея может служить веками

Традиционные батареи в значительной степени зависят от агрессивных, коррозийных кислот и щелочей, которые разрушают внутренние компоненты и создают серьезный риск загрязнения окружающей среды при утилизации. Чтобы решить эту проблему, исследователи из Городского университета Гонконга и Южного университета науки и технологии разработали безвредную водную альтернативу батареям.

В новой конструкции токсичные жидкости заменены электролитом, состоящим из нейтральных солей магния и кальция - минералов, обычно используемых в рассоле тофу. Поддерживая нейтральный pH на уровне 7,0, этот раствор эффективно устраняет внутреннюю коррозию. Для отрицательного электрода ученые синтезировали гексакетон-тетрааминодибензо-п-диоксин, ковалентный органический полимер. Эта пластикоподобная структура имеет электронодонорные химические связи, которые обеспечивают высокую проводимость и быструю кинетику для хранения двухвалентных ионов. Система дополнена положительным электродом, изготовленным из аналога берлинской лазури.

Тестирование показало, что полный элемент обеспечивает интервал напряжения 2,2 вольта и удельную энергию 48,3 ватт-часа на килограмм, исходя из общей массы электродов и электролита. Что особенно важно, батарея сохраняет стабильность на протяжении 120 000 циклов зарядки при удельном токе 20 ампер на грамм. Если перевести это на ежедневную зарядку, то теоретически устройство может работать более 300 лет, значительно превосходя стандартные батареи, которые деградируют после нескольких тысяч циклов.

Удельная емкость системы достигает 112,8 миллиампер-часов на грамм. Поскольку внутренние материалы нетоксичны для окружающей среды, батарею можно сразу выбрасывать в соответствии со строгими международными нормами безопасности, включая Закон США о сохранении и восстановлении ресурсов и стандарт ISO 14001. Однако для коммерциализации этой новой батареи разработчикам необходимо преодолеть оставшиеся проблемы, связанные с масштабированием процесса производства органических полимеров и увеличением общей энергетической емкости в условиях ограниченного пространства.