Глобальна команда дослідників і співробітників промисловості на чолі з Університетом RMIT розробила перероблені «водяні батареї», які не загоряються і не вибухають. Літій-іонні накопичувачі енергії домінують на ринку завдяки своїй технологічній зрілості, але їх придатність для зберігання енергії великої мережі обмежена проблемами безпеки з летючими матеріалами всередині.
Провідний дослідник, почесний професор Тяньї Ма сказав, що їхні батареї є передовими у новій галузі накопичувачів енергії на водній основі, з проривами, які значно покращують продуктивність і термін служби технології.
«Те, що ми розробляємо та виробляємо, називається водним металоіонним акумулятором – або ми можемо назвати їх водяним акумулятором», – сказав Ма з Наукової школи RMIT.
Команда використовує воду для заміни органічних електролітів, які забезпечують потік електричного струму між позитивними та негативними полюсами, тобто їхні батареї не можуть спалахнути чи вибухнути, на відміну від літій-іонних аналогів.
«Вирішуючи проблеми утилізації відпрацьованих продуктів, з якими стикаються споживачі, промисловість і уряди в усьому світі за допомогою сучасних технологій зберігання енергії, наші батареї можна безпечно розбирати, а матеріали можна повторно використовувати або переробляти», — сказав Ма.
За його словами, простота виробничих процесів водяних батарей допомогла зробити масове виробництво можливим.
«Ми використовуємо такі матеріали, як магній і цинк, які є у великій кількості в природі, є недорогими та менш токсичними, ніж альтернативи, що використовуються в інших видах батарей, що допомагає знизити витрати на виробництво та зменшує ризики для здоров’я людини та навколишнього середовища».
Який потенціал накопичення енергії та життєвого циклу?
Команда виготовила серію невеликих пробних акумуляторів для численних рецензованих досліджень для вирішення різноманітних технологічних проблем, включаючи підвищення ємності зберігання енергії та тривалості життя.
У своїй останній роботі, опублікованій в Advanced Materials, вони перемогли над серйозною проблемою – зростанням руйнівних дендритів, які є гострими металевими утвореннями, які можуть призвести до коротких замикань та інших серйозних несправностей. Команда покрила уражені частини акумулятора металом під назвою вісмут і його оксидом (інакше відомим як іржа) як захисний шар, який запобігав утворенню дендритів.
Результат?
«Тепер наші батареї служать значно довше — порівняно з комерційними літій-іонними батареями на ринку — що робить їх ідеальними для високошвидкісного та інтенсивного використання в реальних умовах. Завдяки вражаючій ємності та збільшеному терміну служби ми не лише розробили передову технологію акумуляторів, але й успішно інтегрували нашу конструкцію з сонячними батареями, демонструючи ефективне та стабільне зберігання відновлюваної енергії».
Водяна батарея команди скорочує розрив із літій-іонною технологією щодо щільності енергії з метою використання якомога менше місця на одиницю потужності. «Нещодавно ми створили магнієво-іонну водяну батарею, яка має щільність енергії 75 ват-годин на кілограм (Вт·год·кг-1) — це до 30% менше, ніж в останніх автомобільних акумуляторів Tesla».
Це дослідження опубліковано в Sm a ll Structures.
«Наступним кроком є збільшення щільності енергії наших водяних батарей шляхом розробки нових наноматеріалів як електродних матеріалів».
Ма сказав, що магній, швидше за все, буде обраним матеріалом для майбутніх водяних батарей.
«Магнієво-іонні водяні батареї можуть замінити свинцево-кислотні батареї в короткостроковій перспективі — наприклад, від одного до трьох років — і потенційно замінити літій-іонні батареї в довгостроковій перспективі, через 5-10 років. Магній легший за альтернативні метали, включно з цинком і нікелем, має більшу потенційну щільність енергії та дозволить батареям швидше заряджатися та краще підтримувати енергоємні пристрої та програми».
Потенційні програми
Ма сказав, що батареї команди добре підходять для великомасштабних застосувань, що робить їх ідеальними для зберігання в мережі та інтеграції відновлюваної енергії, особливо з погляду безпеки.
«У міру того, як наші технології розвиваються, інші види менш масштабних додатків накопичення енергії, такі як живлення будинків людей і розважальних пристроїв, можуть стати реальністю».
Технологія підтримується рецензованими дослідженнями, державним фінансуванням і залученням промисловості
У рамках проекту ARC Linkage команда Ма постійно вдосконалює свої водяні батареї у співпраці з галузевим партнером GrapheneX, технологічним новатором із Сіднея.
«Ми також тісно співпрацюємо з дослідниками та експертами з відомих університетів і науково-дослідних установ Австралії, США, Великобританії, Японії, Сінгапуру, Китаю та інших країн. Ця співпраця полегшує обмін знаннями та доступ до найсучасніших засобів. Спираючись на досвід цієї глобальної команди в різних сферах, ми можемо вирішувати складні завдання з різних точок зору».
