Эпоха литиевых батарей подходит к концу: новый водяной аккумулятор заряжается быстрее

Несмотря на высокую плотность энергии, длительный срок службы, скорость зарядки и простоту конструкции, литий-ионные аккумуляторы имеют ряд недостатков, среди которых высокая стоимость, риск возгорания и даже взрыва. Подробности исследования опубликованы на официальном сайте университета.

Идея использования батарей, в которых используется раствор электролита на водной основе, а не органические растворители, используемые в литиевых батареях, существует еще с XIX века. Современные конструкции дешевые в производстве, нетоксичны, не горят и легко утилизируются. Однако водные аккумуляторы в большинстве своем не обладают достаточной плотностью энергии, напряжением и емкостью для питания электромобилей или для адекватного хранения энергии, вырабатываемой возобновляемыми технологиями, такими как солнечные панели и ветряные турбины.

Ученый Сяолей Ван и его студент Чжисяо Сюй попытались устранить эти недостатки и сделать так, чтобы перезаряжаемые водные батареи работали намного лучше. Они обнаружили, что аккумуляторы из органических материалов, к которым относится вода, как правило, плохо проводят электричество, поэтому к ним приходится добавлять много дополнительного углерода. В результате остается меньше места для материалов, накапливающих энергию. Кроме того, они имеют низкую плотность и не обладают высокой энергоемкостью.

Ученые совершили прорыв, разработав новые материалы, в которых хранится энергия. В водном аккумуляторе передача электрического тока между катодом и анодом осуществляется с помощью электролита на водной основе, в отличие от органического растворителя, используемого в литий-ионном аккумуляторе. Создав так называемые герметичные органические электроды, команда Вана добилась повышения плотности энергии, химической активности, электронной проводимости, термической стабильности, механической прочности и адгезионных свойств.

"В результате они заряжаются быстрее, служат дольше и хранят гораздо больше энергии, превосходя теперь почти все другие органические батареи", — прокомментировал руководитель исследования.

Команда провела лабораторные успешные испытания прототипа батареи размером с монету и более крупного аккумуляторного блока размером с небольшой пакет для бутербродов. Ей необходимо еще поработать, чтобы сделать более крупные батареи пригодными для коммерческого использования. Для этого нужно найти партнера, готового инвестировать в масштабирование технологии.

"Мы стремимся создавать эти аккумуляторы для крупномасштабного (промышленного) хранения энергии. Но если мы сможем достичь сопоставимой производительности для электромобилей при меньших затратах и соблюдении требований безопасности, почему бы и нет?", — говорит Сяолей Ванг.