Водные аккумуляторы: более дешевая и безопасная альтернатива литий-ионным

Этим летом планета страдает от беспрецедентной жары и проливных дождей. Развитие возобновляемых источников энергии и расширение связанной с ними инфраструктуры стало важной стратегией выживания, обеспечивающей устойчивость планеты в условиях кризиса, но она имеет очевидные ограничения из-за нестабильности производства электроэнергии, которая зависит от неопределенных переменных, таких как нестабильные погодные условия.

По этой причине спрос на системы хранения энергии (ESS), которые могут хранить и поставлять электроэнергию по мере необходимости, постоянно растет, но литий-ионные батареи (LIB), используемые в настоящее время в ESS, не только очень дороги, но и подвержены потенциальному возгоранию. Поэтому существует острая необходимость в разработке более дешевых и безопасных альтернатив.

Исследовательская группа под руководством доктора О Си Хёна из Исследовательского центра хранения энергии Корейского института науки и технологий (KIST) разработала высокобезопасную водную перезаряжаемую батарею, которая может предложить своевременную замену, отвечающую требованиям стоимости и безопасности.

Несмотря на более низкую плотность энергии, водные аккумуляторные батареи имеют значительное экономическое преимущество, поскольку стоимость сырья намного ниже, чем у LIB. Однако застарелый газообразный водород, образующийся в результате паразитного разложения воды, вызывает постепенное повышение внутреннего давления и, в конечном итоге, истощение электролита, что представляет собой значительную угрозу безопасности батареи и затрудняет коммерциализацию.

До сих пор исследователи часто пытались обойти эту проблему, устанавливая поверхностный защитный слой, который минимизирует площадь контакта между металлическим анодом и электролитом. Однако коррозия металлического анода и сопутствующее разложение воды в электролите в большинстве случаев неизбежны, а постоянное накопление газообразного водорода может вызвать потенциальную детонацию при длительной эксплуатации.

Чтобы справиться с этой критической проблемой, исследовательская группа разработала композитный катализатор, состоящий из диоксида марганца и палладия, который способен автоматически преобразовывать газообразный водород, образующийся внутри элемента, в воду, обеспечивая как производительность, так и безопасность элемента. Диоксид марганца не реагирует с газообразным водородом при нормальных обстоятельствах, но при добавлении небольшого количества палладия водород легко поглощается катализаторами и регенерируется в воду. В прототипе ячейки, загруженной недавно разработанными катализаторами, внутреннее давление ячейки поддерживалось значительно ниже предела безопасности, и истощения электролита не наблюдалось.

Результаты этого исследования эффективно решают одну из наиболее важных проблем безопасности водных батарей, делая большой шаг к коммерческому применению ESS в будущем. Замена LIB более дешевыми и безопасными водными батареями может даже спровоцировать быстрый рост мирового рынка ESS.

«Эта технология относится к индивидуальной стратегии безопасности для водных аккумуляторных батарей, основанной на встроенном механизме активной безопасности, с помощью которого факторы риска автоматически контролируются». - сказал доктор О Си Хён. «Более того, его можно применять на различных промышленных объектах, где утечка газообразного водорода является одной из основных проблем безопасности (например, водородная заправочная станция, атомная электростанция и т. д.) для защиты общественной безопасности».

TechnologyNetworks

Спасибо, что читаете «Капитал страны»! Получайте первыми самые важные новости в нашем Telegram-канале или Вступайте в группу в «ВКонтакте» или в «Одноклассниках»