Новоразработена „водна батерия“ е по-евтина, може да се рециклира и не се взривява

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

Като са заменили опасните химически електролити, използвани в търговските батерии с вода, учени са разработили рециклируема „водна батерия“ и са решили ключови проблеми с новата технология, която може да бъде по-безопасна и по-екологична алтернатива.

„Водните батерии“ са официално известни като водни метално-йонни батерии.

В тези устройства се използват метали като магнезий или цинк, които са по-евтини и по-малко токсични от материалите, 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-назад между двата края.

При водните батерии електролитната течност е вода с няколко добавени соли, вместо нещо като сярна киселина или литиева сол.

Важното е, че екипът, който стои зад този последен напредък е измислил начин да предотврати късото съединение в 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, химикът Тиани Ма от университета RMIT в Мелбърн, Австралия.

Литиево-йонните батерии намират приложение във всякакви устройства. От лаптопи и смартфони до електрически велосипеди и автомобили могат да прегреят и да се запалят в екстремни случаи. Това е така, защото литият е доста активен метал.

Поради тези опасения за безопасността учените 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. „Водната батерия“ запазва повече от 85% от капацитета си след 500 цикъла, показват експериментите на изследователите.

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 батериите.

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

Предпочитаният от тях материал е магнезий, който е по-лек от цинка и има по-голяма потенциална енергийна плътност. Ако магнезиево-йонните батерии успеят да бъдат комерсиализирани, технологията може да замени обемистите оловно-киселинни батерии в рамките на няколко години.

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

Изследването е публикувано в Advanced Materials.