Мир стремительно движется к использованию возобновляемых источников энергии, но на этом пути возникают серьезные проблемы. Солнечные панели не генерируют электроэнергию ночью, а ветер дует непредсказуемо. Чтобы решить эту задачу, необходимо разработать новые технологии, способные эффективно хранить избыток энергии и использовать ее в моменты дефицита.
Литий-ионные батареи, которые сегодня питают наши смартфоны и электромобили, сталкиваются с серьезными ограничениями. Эти аккумуляторы зависят от редких ресурсов, таких как литий, никель и кобальт, что вызывает опасения по поводу их устойчивости и стоимости. В связи с этим ученые ищут альтернативы, и на горизонте появляется новая надежда.
Профессор Сяовэй Тэн из Вустерского политехнического института, возглавляет команду, работающую над инновациями в области аккумуляторов. Их последние исследования, опубликованные в журнале ChemSusChem, демонстрируют, как обработанное железо с добавлением силиката может стать высокоэффективным анодом для щелочных батарей. Железо, второй по распространенности металл на планете, предлагает устойчивую альтернативу никелю и кобальту. В США, например, перерабатывают около 40 миллионов метрических тонн железа и стали каждый год, что делает его доступным ресурсом.
Тэн подчеркивает, что хотя железо уже использовали в анодах щелочных батарей, его эффективность оставляла желать лучшего. Проблема заключалась в образовании водорода во время зарядки и инертного оксида железа при разрядке, что снижало общую энергоэффективность. «Вы не хотите, чтобы при зарядке аккумулятора образовывался водородный газ. Это значительно снижает эффективность», — объясняет ученый.
Команда Тэна нашла решение. Они добавили силикаты в электролиты, что позволило избежать образования водорода при зарядке. Силикаты, химические соединения кремния и кислорода, давно используются в строительстве и производстве, но их потенциал в аккумуляторах стал настоящим открытием. Сатья Джагадисан, аспирант WPI и ведущий автор исследования, отмечает, что силикаты взаимодействуют с электродами, подавляя нежелательные реакции.
Этот новый подход может значительно улучшить характеристики железо-воздушных и железо-никелевых аккумуляторов, что делает их подходящими для систем хранения энергии, таких как микросети или отдельные солнечные и ветровые электростанции. Исследования показывают, что использование железа и силиката может не только повысить эффективность, но и сделать технологии хранения энергии более доступными.