Российские ученые разработали новую нейтрализационную батарею – она может работать на стоках отработанных кислот и щелочей с химических производств. Результаты их исследований опубликованы в журнале ChemSusChem.
Что такое нейтрализационная батарея?
Ее концепцию разработали в 1970-х гг. Энергия в такой батарее получается благодаря разнице в значениях рН двух жидкостей, называемых электролитами.
Хотя новый источник электричества обладал явными недостатками, низкой мощностью при разряде и неспособностью хранить большие объемы энергии, было у него и важное преимущество – стоимость электролитов.
Если для тех же литий-ионных батарей необходимы дорогие соли лития, то для нейтрализационных батарей можно использовать практически любые жидкости, например, ненужные стоки с химических предприятий или даже морскую воду.
В чем преимущества российской батареи?
Исследователи из РХТУ им. Д.И. Менделеева, ИПХФ РАН и ИФХЭ РАН создали устройство с удельной мощностью более 6 мВт/см2 - это один из самых высоких показателей среди всех нейтрализационных батарей. Плюс российскую батарею можно перезаряжать. Плотность хранимой энергии – до 7.4 Вт-ч/л.
Как это работает?
Жидкости с разными показателями pH прогоняют через разные емкости внутри батареи. Физически эти жидкости не смешиваются, но при этом вступают в электрохимические реакции, отдельные продукты которых переходят из одной емкости в другую. За счет такого своеобразного круговорота веществ и выделяется или, наоборот, запасается энергия.
Конструкцию нейтрализационной батареи отработали на разбавленных растворах HCl (соляная кислота) и NaOH (гидроксид натрия), а сами реакции протекали с использованием двух водородных электродов.
Вот ее схема
Мнение автора
«По сравнению с другими накопителями энергии у нас получились скромные показатели – например, те же литий-ионные аккумуляторы дают плотность энергии где-то до 600 Вт-ч/л. Но среди именно нейтрализационных батарей мы, наоборот, получили очень неплохие цифры, а теперь стараемся их улучшить.
Так, плотность хранимой энергии можно поднять в разы за счет увеличения концентрации электролитов - мы использовали растворы кислоты и щелочи концентрацией 1 моль на литр, хотя их предельная растворимость гораздо больше. А удельную мощность можно заметно повысить, если еще поработать с электродными поверхностями. После таких доработок нейтрализационная батарея вполне может найти свою нишевую область применений», – рассказал сотрудник лаборатории ЭМХИТ РХТУ и первый автор работы Павел Локтионов.
Погорим о будущем?
Часть исследователей полагает, что использование в качестве кислых электролитов стоки от производств серной и фосфорной кислоты позволит суммарно получать 1100 ГВт-ч энергии в год. Для сравнения все атомные электростанции России вырабатывают ежегодно около 200 ГВт-ч энергии. И важно помнить, что нейтрализационную батарею можно перезаряжать.
Но пока российские ученые подчеркивают, что их исследование – это только принципиальная демонстрация работоспособности новой конструкции нейтрализационной батареи.
В перспективе, такая нейтрализационная батарея, конечно, может использовать и более концентрированные растворы или вообще другие электролиты. Сейчас исследователи дорабатывают конструкцию своей нейтрализационной батареи и готовят патент на разработку.
#химия #наука #энергия из отходов #новые разработки