Ученые создали экологичный аккумулятор, используя «зеленую ржавчину» и морскую воду

В поисках более экологичных решений для хранения энергии, исследователи из Вустерского политехнического института нашли революционную формулу аккумулятора, использующего хлоридные ионы — наиболее распространенные отрицательные ионы в морской воде. Это открытие может поставить под вопрос лидирующую позицию литий-ионных батарей, которые зависят от дорогостоящих и географически ограниченных ресурсов.

Исследователи из Вустерского политехнического института (WPI) представили неожиданного кандидата на роль элемента аккумуляторов хлорид, который является самым распространенным отрицательно заряженным ионом в морской воде. До этого внимание уделялось таким альтернативам, как натрий, калий и цинк, но открытие профессора химической инженерии имени Джеймса Х. Мэннинга Сяовея Тенга вселяет надежду на использование ионов хлора в разработке «зеленых» аккумуляторов на основе морской воды.

Литий-ионные аккумуляторы, широко применяемые в самых разных устройствах — от электромобилей до бытовой электроники, сталкиваются с серьезными проблемами для масштабируемого хранения энергии. Эти батареи отличаются высокой стоимостью и зависимостью от дефицитных материалов, таких как кобальт, никель и литий. Более 85% мировых запасов лития сосредоточено всего в шести странах, что создает уязвимость в цепочках поставок.

Для продвижения технологии экологически чистых аккумуляторов профессор Тэнг объединился с Хитом Тернером, который является профессором химической и биологической инженерии в Университете Алабамы, а также с исследователями Лихуа Чжан, Милиндой Эйбикун, Гиханом Квоном и Дэниелом Олдсом из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке. В рамках их совместного исследования было изучено, как ионы хлора могут улучшить окислительно-восстановительные свойства материалов для аккумуляторов, основанных на оксиде железа, открывая новые перспективы для хранения энергии.

В своей статье под названием «Включение хлорида усиливает электрохимическое окисление двойного слоя гидроксида железа в оксигидроксид в щелочных железных аккумуляторах» Тэнг и его коллеги представили новую химическую формулу аккумулятора.

Исследование продемонстрировало, что введение хлорид-ионов в структуру слоистого двойного гидроксида Fe(OH)2 приводит к образованию промежуточного кристаллического материала, известного как «зеленая ржавчина». Этот материал играет ключевую роль в улучшении однозарядной реакции преобразования Fe(OH)2 в FeOOH и повышает циклическую стабильность аккумулятора.

Открытие и детальное изучение данной новой окислительно-восстановительной реакции железа было осуществлено в лаборатории WPI. Профессор Тэнг, совместно с аспирантом Сатья Нараянаном Джагадеесаном, который выступил ведущим автором статьи, посетили Брукхейвенскую национальную лабораторию Министерства энергетики США. Там они провели эксперименты, направленные на подтверждение полученных результатов с использованием оперативной дифракции синхротронного рентгеновского излучения и высокоразрешающего элементарного картирования.

Команда, возглавляемая профессором Тэнгом из Университета Уорсестер Политехник, разработала батарею — миниатюрный лабораторный прототип, функционирующий на основе водного электролита и использующий электроды, в основном изготовленные из распространенных материалов, таких как оксиды и гидроксиды железа. Хотя стоимость разработки еще не была окончательно определена, Тенг полагает, что использование распространенных ресурсов должны принести положительную пользу.

В Соединенных Штатах ежегодно образуется более 15 млн тонн железа, и многие из этих отходов являются ржавчиной. Таким образом, новая технология предлагает перспективное решение, позволяющее перерабатывать ржавчину в источники энергии.

Ранее два шотландских бизнесмена из абсолютно разных сфер воплотили в жизнь нестандартную идею. Они создали систему Bodyheat, которая улавливает тепло, выделяемое посетителями знаменитого заведения SWG3 в Глазго, Шотландия, и хранит его под землей до того момента, пока его не нужно будет использовать снова. То есть по сути хранит тепло людей, которые танцуют на вечеринках.