Китайски изследователи са разработили батерия на водна основа, за която се твърди, че е много по-безопасна и енергийно ефективна от „силно запалимите литиево-йонни батерии”.

Интересното е, че изследователите твърдят също така, че освен всичко друго, тези нови батерии ще бъдат два пъти по-силни от традиционните варианти, които се използват днес. Това има потенциала да доведе до революция в производството на електрически превозни средства.

Новата разработка използва вода като разтворител за електролитите, което повишава нейната безопасност. Традиционните литиево-йонни батерии имат висока енергийна плътност, но тяхната безопасност е проблем заради използваните на запалими органични електролити - компонент, който позволява на батерията да се зарежда и разрежда.

По-ниска енергийна плътност

Водните батерии обаче обикновено имат по-ниска енергийна плътност поради ограничената разтворимост на електролита и ниското напрежение на батерията. Но китайските учени са разработили водна батерия с висока енергийна плътност, базирана на халогенен мултиелектронен трансфер.

Изследователска група, ръководена от проф. Ли Шианфенг от Института по химична физика в Далян (DICP) към Китайската академия на науките (CAS), в сътрудничество с групата на проф. Фу Циан също от DICP, е разработила катод с мултиелектронен трансфер на базата на бром и йод. Според проучването, публикувано в Nature Energy, този катод е постигнал специфичен капацитет от над 840 Ah/L и енергийна плътност от до 1200 Wh/L на базата на католит при тестване на пълна батерия.

Какво се случва с твърдотелните батерии - Светия Граал на електромобилите?

Смесен халогенен разтвор

За да подобрят енергийната плътност на водните батерии, изследователите са използвали като електролит смесен халогенен разтвор на йодидни йони (I-) и бромидни йони (Br-). Те са разработили реакция на мултиелектронен трансфер, при която I- се прехвърля в йоден елемент (I2), а след това в йодат (IO3-).

От екипа коментират, че по време на процеса на зареждане I- се окислява до IO3- от положителната страна, а генерираните водородни йони (H+) се отвеждат към отрицателната страна под формата на поддържащ електролит. По време на процеса на разреждане H+ се отвеждат от положителната страна, а IO3- се редуцират до I-.

Процесът

Разработеният катод с мултиелектронен трансфер има специфичен капацитет от 840 Ah/L. Комбинирайки катода с метален кадмий (Cd) за формиране на пълна батерия, изследователите постигат енергийна плътност до 1200 Wh/L на базата на разработения катод.

Според тях добавеният към електролита Br- може да генерира полярен йоден бромид (IBr) по време на процеса на зареждане, който улеснява реакцията с водата до образуването на IO3-.

Липса на суровини за батерии заплашва автомобилната индустрия в Европа

По време на разряда IO3- може да окисли Br- до Br2 и да участва в електрохимичната реакция за осъществяване на обратимо и бързо разреждане на IO3-. Следователно междинният бромид, образуван по време на процеса на зареждане и разреждане, оптимизира реакционния процес, като ефективно подобрява кинетиката и обратимостта на електрохимичната реакция.

Жизнен цикъл на батериите

Когато изследователите са тествали своя електролит с ванадиев анод, те са установили, че жизненият цикъл на батериите може да бъде удължен до 1000 цикъла, „демонстрирайки значителна стабилност“.

Те също така посочват, че енергийната плътност на техните батерии дори „надхвърля тази на някои твърди електродни материали“, а цената им може да бъде сравнима с тази на традиционните литиеви батерии. Не на последно място, учените твърдят, че работата им показва, че могат да бъдат разработени водни батерии с висока енергийна плътност, и предлагат възможност за разработване на системи за съхранение на енергия както за електромобили, така и в мрежови мащаби.