Науковці винайшли дешевші та ефективніші акумулятори

Дослідницька група WPI вдосконалила лужні батареї на основі заліза, додавши силікат, що запобігає утворенню водню під час заряджання.

Світ стрімко переходить на відновлювані джерела енергії, але виклики залишаються. Сонячна енергія недоступна вночі, а енергія вітру коливається непередбачувано. Щоб заповнити ці прогалини, потрібні нові технології, які б зберігали надлишок енергії з мережі, коли її виробництво є високим, і вивільняли її під час дефіциту.

Літій-іонні акумулятори відіграють важливу роль у повсякденному житті, живлячи пристрої від смартфонів до електромобілів. Однак вони покладаються на обмежені ресурси, такі як літій, нікель і кобальт, що викликає занепокоєння щодо стійкості та вартості.

Сяовей Тенг (Xiaowei Teng), професор хімічної інженерії імені Джеймса Х. Меннінга в WPI, очолює групу, яка досліджує нові технології акумуляторів для зберігання енергії в електромережі. Нещодавні результати команди, опубліковані в європейському науковому журналі ChemSusChem, свідчать про те, що залізо, оброблене силікатною добавкою до електроліту, може створити високоефективний анод лужного акумулятора.

Другий за поширеністю метал у земній корі після алюмінію, залізо набагато стійкіше, ніж нікель і кобальт. Лише у Сполучених Штатах щорічно переробляється приблизно понад 40 мільйонів метричних тонн заліза і сталі з металобрухту.

Тенг зазначає, що залізо вже використовується як анод лужних акумуляторів у залізо-нікелевих лужних батареях, винайдених Томасом Едісоном у 1900-х роках, але воно має низьку енергоефективність та ємність зберігання через утворення газоподібного водню під час заряджання та інертного оксиду заліза під час розряджання.

Роль силікату в залізно-лужних акумуляторах

“Ви не хочете, щоб під час заряджання акумулятора утворювався газ водень, – каже Тенг. “Це значно погіршує енергоефективність акумуляторної системи. Без вирішення цих технічних проблем залізні лужні акумулятори стають менш привабливими для сучасних систем зберігання енергії, які мають бути з’єднані з електромережами”.

У статті, опублікованій 7 жовтня в журналі ChemSusChem, команда повідомила, що додавання силікату до електролітів дозволило їм заряджати батарею без утворення водню.

За словами Сатьї Джагадісана (Sathya Jagadeesan), аспірантка з WPI та провідний автор статті, силікат – хімічна сполука кремнію та кисню – здавна використовується як недорогий і простий агент у виробництві скла, цементу, ізоляції та миючих засобів. Команда виявила, що силікат також сильно взаємодіє з електродами акумуляторів і пригнічує газоутворення водню. За словами Тенга, цей новий процес може покращити лужно-лужну хімію заліза в залізо-повітряних і залізо-нікелевих акумуляторах для зберігання енергії, таких як мікромережі або індивідуальні сонячні чи вітрові електростанції.