Российские химики создали батарею, работающую на химических отходах

Пока она уступает литий-ионным аккумуляторам в эффективности, но ученые надеются, что вскоре появятся более производительные батареи с аналогичными свойствами.

Российские химики разработали батарею, которая может извлекать энергию из разницы в кислотно-щелочном балансе между двумя жидкостями и использовать ее для выработки электричества. Результаты исследования опубликовал научный журнал ChemSusChem, кратко об этом пишет пресс-служба РХТУ им. Менделеева.

«Если взять какую-нибудь кислоту и щелочь и слить их вместе, то у нас самопроизвольно пойдет реакция нейтрализации, в ходе которой возникнет соль кислоты и выделится тепло. В нейтрализационной батарее мы проводим точно ту же реакцию, но только разбиваем ее на две полуреакции и разносим их в пространстве, в результате чего энергия выделяется не в виде тепла, а в виде электронов», – рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник РХТУ Павел Локтионов.

Нейтрализационные батареи – это один из относительно новых способов хранения электрической энергии, в которых энергия извлекается в результате химических реакций между двумя растворами химических веществ. Как правило, они состоят из двух емкостей, насосов, наборов электродов и мембраны, позволяющей веществам, присутствующим в том и другом растворе, обмениваться носителями заряда за счет разницы в кислотно-щелочном балансе.

В этом отношении они похожи на так называемые топливные элементы, где энергия извлекается из реакций похожим образом, однако в нейтрализационных батареях эти реакции являются обратимыми. Подобные источники питания значительно более долговечны, чем их «твердые» литиевые аналоги, однако их достаточно сложно и дорого изготавливать, а также они обладают относительно низкой скоростью зарядки.

Выгодная утилизация отходов

Павел Локтионов и его коллеги разработали прототип нейтрализационной батареи, обладающей пока самым высокой плотностью хранения для подобных устройств и при этом способной извлекать энергию из реакций между различными химическими отходами, обладающими щелочными и кислотными свойствами.

Как отмечается в сообщении, ключевая особенность этого устройства заключается в том, что российские ученые разделили рабочую емкость батареи не на две, а на три части, при этом организовав протекавшие в ней реакции таким образом, что во всех них принимал участие водород. Это позволило химикам значительно повысить КПД работы устройства, его мощность и плотность хранения энергии.

Работу данного устройства химики проверили на слабых растворах соляной кислоты и натриевой щелочи, чья концентрация примерно отражала то, какими свойствами будут обладать гипотетические отходы химических производств. Последующие проверки показали, что прототип нейтрализующей батареи уже сейчас обладает рекордной плотностью хранимой энергии, составляющей 7,4 ватт-час на литр.

В этом отношении, как отмечает Павел Локтинов, разработанный ими источник тока в десятки и сотни раз уступает обычным литий-ионным аккумуляторам, однако при этом он превосходит все остальные нейтрализующие системы, его можно использовать для выгодной утилизации отходов производства. Как надеются исследователи, более эффективные версии их разработки найдут свое место в быту и промышленности.