Водные аккумуляторы рассматриваются, как альтернатива литий-ионным батареям, благодаря экологичности, безопасности и низкой стоимости. Но из-за низкой энергетической плотности, связанной с узким диапазоном электрохимической стабильности их применение ограничивалось. Но исследовательская группа по руководством Чуншэна Вана, профессора кафедры химической и биомолекулярной инженерии, смогла решить эту проблему.
Проблема традиционных водных аккумуляторов
Ключевой проблемой водных аккумуляторов был узкий диапазон напряжения. До 2015 года диапазон электрохимической стабильности водных электролитов составлял всего 1,23 В, что ограничивало ёмкость батарей. Но в 2015 электрохимики из Университета Мэриленда создали эффективный водный электролит для литий-ионных аккумуляторов. После разработки электролита на основе воды и соли, диапазон расширился до 3,0 В, но оставался недостаточным для конкуренции с литий-ионными аналогами.
Также одной из проблем оставалась несовместимость с высокоэнергетическими анодами. Водные электролиты не поддерживали использование литиевых металлических или графитовых анодов, критически важных для повышения энергетической плотности.
Инновационный подход к решению проблемы
Инновационным подходом к решению проблемы стал двухслойный электролит. Исследователи разработали систему электролита на водной-органической основе без мембран. Добавление суперлитофильных ионофоров позволило снизить межфазное сопротивление между водной и органической фазами, а также минимизировало смешивание фаз, что предотвращает деградацию электролита. Это позволило расширить диапазон напряжения. Рабочее напряжение новой системы достигло 0,0–4,9 В (против 3,0 В ранее). Также снизить восстановительный потенциал с 1,3 В до 0,0 В, что позволило использовать литиевые аноды.
Тесты инновационных водных аккумуляторов
Результаты тестирования показали увеличение стабильности батареи. Батарея сохранила 95% ёмкости после 2000 циклов заряда-разряда. Также возросла энергетическая плотности в 2–3 раза по сравнению с предыдущими водными аналогами.
Практическое применение
Водные аккумуляторына основе инновационных электролитов за счет своей высокой энергетической плотности и безопасности, делают их пригодными для электродвигателей самолетов. Также эта разработка, дает возможность интеграции в сети возобновляемых источников энергии для балансировки нагрузки.
Заключение
Инновационная разработка группы профессора Вана значительно повысила эффективность водных аккумуляторов. Благодаря увеличению энергетической плотности и долговечности водные аккумуляторы стали сопоставимы с литий-ионными батареями. Ключевым преимуществом по сравнению с литий-ионными батареями является безопасность и экологичность. Данная технология открывает путь к созданию нового поколения систем хранения энергии, сочетающих высокую производительность, безопасность и устойчивость. Это важный шаг в снижения выбросов газов, парникового эффекта и сокращения зависимости от углеводородного топлива энергетики и переходе к «зелёным» технологиям.
Дорогие читатели ваша подписка много значит для меня. С любовью автор)