Химики из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее (Австралия) успешно разработали органический материал, способный хранить протоны. Они успешно использовали это решение для создания в лаборатории перезаряжаемой протонной батареи.
Профессор Чуан Чжао с прототипом своей протонной батареи. Фото: UNSW В материале под названием тетрааминобензохинон протоны могут быстро распространяться с помощью сети водородных связей.
«Наш материал работает как при комнатной, так и при минусовой температуре», — говорит профессор Чуан Чжао в пресс-релизе.
По сравнению с литиевыми батареями, которые переносят ионы лития (положительно заряженные атомы лития) между анодом и катодом, протонная батарея переносит ионы водорода. Однако, поскольку атом водорода состоит только из протона и электрона, если удалить электрон, останется только протон.
Однако литий — это ограниченный ресурс, который неравномерно распределен по всему миру, поэтому некоторые страны могут не иметь доступа к дешевым источникам лития.
«Литиевые батареи представляют собой серьезную проблему, когда речь идет о приложениях быстрой зарядки и безопасности, а также у них низкий КПД при низких температурах», — перечисляет недостатки литий-ионных аккумуляторов исследователь Сычэн Ву.
Вот почему исследователи активно ищут альтернативы. Протонные батареи позиционируются как потенциальное решение для хранения энергии следующего поколения. Их преимущество в том, что протоны настолько малы и легки, что могут легко перемещаться от одного электрода к другому. Это означает, что они обеспечивают высокую производительность и могут очень быстро заряжаться. Кроме того, протоны относительно дешевы по сравнению с литием.
Однако электроды протонных батарей по-прежнему изготавливаются из металлов, которые тяжелы и дороги. Органические электроды существуют, но они работают только в ограниченном диапазоне напряжений.
Однако органическая батарея с катодом из тетрааминобензохинона показала хорошие характеристики, высокую емкость и длительный срок службы (3500 циклов). Кроме того, в отличие от литиевых аккумуляторов, этот материал негорюч.
«Между электродами находится водный раствор в качестве электролита, что делает нашу батарею легкой и экономичной», — говорит профессор Чжао.
Органические электроды в настоящее время все еще довольно дороги в производстве, но они изготавливаются из распространенных и недорогих материалов. Если бы производилось большее количество, цена была бы значительно снижена.
Разработка материала, способного хранить протоны, также может решить серьезную проблему хранения водорода.
«Молекулярный водород (H2) очень реактивен, поэтому его трудно хранить и транспортировать. В настоящее время это проблема для водородной промышленности», — сказал исследователь Ву.
Однако водород существует и в стабильной форме: в виде протона (H+). Этот материал также можно использовать для изготовления своего рода водородной губки, которую можно будет использовать для транспортировки водорода по всему миру и извлечения его там, где он необходим.
«Наш материал сделает это возможным», — сказал Ву.