Исследователи из Университета науки и технологий им. короля Абдаллы в Саудовской Аравии обнаружили простой способ продления срока службы аккумуляторов на основе воды.
Оказалось, что вода незаметно снижала производительность аккумулятора, однако цинковый купорос ZnSO4 стабилизировал структуру воды, остановил вредные химические реакции и продлил срок работы водного аккумулятора в 10 раз. Одним из ключевых факторов, влияющих на срок службы аккумуляторов, является анод, в котором проходят химические реакции по генерации и накоплению энергии.
Сопутствующие негативные химические реакции могут повредить анод и сократить срок службы аккумулятора. При этом результаты исследования показали, что свободные молекулы воды играют важную роль в возникновении этих негативных химических реакций. Сульфат цинка помогает ограничить наличие свободной воды, уменьшая ее способность повреждать анод.
Свободная вода содержит молекулы, которые не имеют прочных связей с другими молекулами. Из-за этого молекулы воды взаимодействуют с большим количеством других молекул, запуская нежелательные реакции, которые потребляют энергию и разрушают анод. В то же время сульфат цинка действует как клей, стабилизируя свободные молекулы воды, изменяя их динамику и сокращая количество негативных химических реакций.
Несмотря на то, что подавляющее большинство экспериментов было проведено на аккумуляторах с использованием сульфата цинка, предыдущие исследования показали, что сульфат имеет такое же влияние и на другие металлические аноды, что позволяет предположить, что включение сульфатных солей в конструкцию батареи может стать универсальным решением для продления срока службы всех водных аккумуляторов.
«Сульфатные соли дешевые, широко доступные и химически стабильные, что делает наше решение научно и экономически жизнеспособным», — объясняет научный сотрудник KAUST Юнпей Чжу.
Водные батареи привлекают все большее внимание во всем мире как устойчивое решение для крупномасштабного хранения энергии, и по прогнозам, к 2030 году объем рынка превысит 10 млрд долларов. В отличие от литиевых батарей, которые часто используются в электромобилях, водные батареи предлагают более безопасный и устойчивый вариант для интеграции возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, в электрические сети.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances
Источник: SciTechDaily