Ученые, представляющие несколько научно-исследовательских центров США, открыли новый вариант окислительно-восстановительной реакции, усиленной ионами хлорида, для разработки экологически чистых аккумуляторных батарей на обычной морской воде. Об этом сообщает Science Blog. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Современные литий-ионные батареи, используемые в различных приложениях, включая электромобили, могут быть проблематичными для хранения в сети, учитывая их высокую стоимость и зависимость от критических материалов, таких как кобальт, никель и литий, а также их ограниченную географическую доступность. В частности, всего шесть стран мира владеют более 85% запасов лития, выявленных на суше.
Натрий, калий и цинк считались весьма многообещающими претендентами на ключевое место лития в перезаряжаемых аккумуляторных батареях будущего, но исследователи во главе с Сяовеем Тенгом, профессором химического машиностроения Вустерского политехнического института (WPI) открыли способ усилить характеристики электролитической смеси новым и широко распространенным материалом: хлоридом из морской воды, наиболее богатым отрицательно заряженными ионами.
Тенг и его коллеги – профессор Хит Тернер из Университета Алабамы, ученые-исследователи Лихуа Чжан, Милинда Абейкун, Гихан Квон и Дэниел Олдс из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке – нашли путь выхода за пределы допустимого современными технологиями в области создания экологически чистых аккумуляторов, использовав ионы хлорида для улучшения параметров окислительно-восстановительных реакций в материалах батарей на основе гидроксида железа.
Новое исследование показало, что внедрение ионов хлорида в слоистый двойной гидроксид Fe(OH)2 приводит к образованию промежуточного кристаллического материала (получившего наименование «Green Rust» – «Зеленая ржавчина»), который способствует реакции превращения гидроксидов железа (Fe(OH)2/FeOOH) с переносом одного заряда и улучшает устойчивость к циклированию.
Этот новый окислительно-восстановительный химический состав железа был открыт и изучен в лаборатории WPI. Затем Тенг и его аспирант Сатья Нараянан Джагадесан, при поддержке Национального научного фонда и Министерства энергетики США, продолжили исследование совместно со специалистами Брукхейвенской национальной лаборатории, чтобы провести эксперименты с использованием уникального оборудования для синхротронной рентгеновской дифракции и элементарного картирования с высоким разрешением.
По итогам экспериментов профессор Тенг и его коллеги из WPI изготовили небольшой прототип «аккумулятора будущего», который работал за счет электролита на водной основе и использовал электроды, изготовленные в основном из широко распространенных материалов, таких как оксиды и гидроксиды железа.
Как отметил профессор Тенг, ежегодно только в США производится более 15 миллионов тонн отходов железного лома, которые в дальнейшем никак не перерабатываются и со временем в основном продолжают сохранять свое существование в виде ржавчины. Таким образом, перспективный химический состав перезаряжаемых щелочно-железных батарей сможет помочь перепрофилировать нынешние отходы в виде железной ржавчины в эффективный материал для производства экологичных аккумуляторов будущего.