Ионы хлорида из морской воды могут заменить литий в батареях будущего

Пока основная масса ученых пробуют использовать для аккумуляторных батарей на замену литию натрий, калий и цинк, исследователи из Вустерского политехнического института (WPI) добавили в смесь необычного и более распространенного конкурента – хлорид (самый богатый отрицательно заряженными ионами морской воды).

В мире, где современные литий-ионные аккумуляторы, имеющие решающее значение для таких применений, как электромобили, сталкиваются с трудностями из-за высокой стоимости, зависимости от дефицитных материалов, таких как кобальт, никель и литий, и географических ограничений, решение на основе хлорида является многообещающим. Примечательно, что шесть стран обладают более чем 85% мировых запасов лития.

Вустерские ученые преодолели ограничения существующей технологии экологически чистых аккумуляторов. Их инновация использует ионы хлорида для улучшения окислительно-восстановительных процессов компонентов железооксидных аккумуляторов.

Новаторская химия аккумуляторов была представлена в их всеобъемлющей статье “Введение хлорида усиливает электрохимическое окисление двухслойного гидроксида гидроксида железа в оксигидроксид в батареях из щелочного железа”, опубликованной в престижном журнале Chemistry of Materials.

Исследование показало, что внедрение ионов хлорида в слоистый двойной гидроксид Fe(OH)2 приводит к образованию промежуточного кристаллического материала Green Rust, который способствует реакции превращения Fe(OH)2/FeOOH с однократным переносом заряда и улучшает устойчивость к циклированию. Новаторская окислительно-восстановительная химия железа была тщательно изучена в лаборатории WPI и подтверждены с помощью серии экспериментов с использованием операндо синхротронной рентгеновской дифракции и элементарного картирования с высоким разрешением.

Команда WPI достигла переломного момента, создав прототип водной батареи, которая функционировала в электролите на водной основе, используя электроды, состоящие преимущественно из таких распространенных элементов, как оксиды и гидроксиды железа. Хотя точный анализ затрат еще не проведен, ученые утверждают, что использование легкодоступных материалов склонит чашу весов в их пользу. Только в США ежегодно образуется ошеломляющие 15 миллионов тонн неиспользованного железного лома, значительная часть которого не перерабатывается и просто ржавеет. Таким образом, инновационный химический состав перезаряжаемых щелочно-железных аккумуляторов не только обещает устойчивое хранение энергии, но и позволяет повторно использовать отходы от ржавчины, приводя современные энергетические потребности в соответствие с экологическим сознанием.