Voda i elektronika obično se ne mešaju, ali ispostavilo se da baterije mogu imati koristi od H2O-a.
Zamenom opasnih hemijskih elektroleta koji se koriste u komercijalnim baterijama vodom, naučnici su razvili reciklirajući ‘vodeni akumulator’ – i rešili ključne probleme sa ovom novom tehnologijom, koja bi mogla biti sigurnija i ekološki prihvatljivija alternativa.
‘Vodeni akumulatori’ su formalno poznati kao vodeni metal-jonski akumulatori. Ove uređaje koriste metale kao što su magnezijum ili cink, koji su jeftiniji za sastavljanje i manje toksični od materijala koji se trenutno koriste u drugim vrstama baterija.
Baterije skladište energiju stvaranjem protoka elektrona koji se kreću sa pozitivnog kraja baterije (katode) ka negativnom kraju (anodi). Troše energiju kada elektroni teku u suprotnom pravcu. Tečnost u bateriji služi za prenos elektrona između oba kraja.
U vodenom akumulatoru, elektrolitna tečnost je voda sa dodatim solima, umesto nečega poput sumporne kiseline ili litijumove soli.
Ključno je što je tim iza ovog najnovijeg napretka smislio način da spreči kratke spojeve u ovim vodenim akumulatorima. Ovo se događa kada se na metalnoj anodi unutar baterije formiraju sitni šiljati metalni izrasline, poznati kao dendriti, koji probijaju pregrade baterije.
Iako je malo verovatno da će nova tehnologija uskoro zameniti litijum-jonske baterije, uz dalje istraživanje i razvoj, vodeni akumulatori bi mogli pružiti sigurnu alternativu litijum-jonskim baterijama za otprilike desetak godina, kaže vodeći autor, hemijski naučnik Tianyi Ma sa RMIT Univerziteta u Melburnu, Australija.
Litijum-jonske baterije, koje se nalaze u svemu, od laptopova i telefona do električnih bicikala i automobila, mogu se pregrejati i zapaliti u ekstremnim slučajevima. To je zbog toga što je litijum prilično aktivan metal, koji je potopljen u organskom elektrolytu.
Zbog ovih sigurnosnih problema, istraživači već dugo pokušavaju da izrade baterije koje koriste različite materijale, ali pružaju istu performansu i sličnu dugovečnost.
Velika prepreka za korišćenje vodenih metal-jonskih baterija bio je rast dendrita. Da bi to inhibirali, istraživači su prekrili cinkovu anodu baterije sa metalom bismuta, koji se oksiduje i stvara rđu. Ova zaštitna sloj sprečava formiranje dendrita.
Ova karakteristika takođe pomaže prototipovima vodnih baterija da duže traju, zadržavajući više od 85 procenata svoje kapaciteta nakon 500 ciklusa, pokazali su eksperimenti istraživača.
Prema Royceu Kurmelovsu iz The Guardian-a, tim je do sada razvio vodene prototipove baterija veličine novčića koje se koriste u satovima, kao i cilindrične baterije slične AA ili AAA baterijama.
Tim radi na poboljšanju energetske gustine svojih vodenih baterija, kako bi ih učinili uporedivim sa kompaktnih litijum-jonskim baterijama koje se nalaze u uređajima veličine džepa.
Magnezijum je njihov preferirani materijal, lakši od cinka i sa većim potencijalom energetske gustine. Ma kaže da bi, ako se magnezijum-jonske baterije mogu komercijalizovati, ova tehnologija mogla zameniti glomazne olovne baterije u roku od nekoliko godina.
Olovne baterije imaju nisku energetsku gustinu i koriste se za pokretanje motora na benzin i dizel, kao i za skladištenje energije u velikim mrežama. Međutim, zbog sadržaja olova i opasnih kiselina, ne mogu se odložiti kao otpad i moraju se reciklirati u specijalizovanim postrojenjima.
Reciklaža ili ponovna upotreba litijum-jonskih baterija takođe je prioritet, s obzirom na predviđeno povećanje potražnje za baterijama i metalima koji se koriste za njihovu proizvodnju, dok se svet elektrifikuje kako bi fazno ukinuo fosilna goriva i borio se protiv klimatskih promena.
„Rešavajući izazove odlaganja na kraju životnog veka sa kojima se potrošači, industrija i vlade širom sveta suočavaju sa trenutnom tehnologijom za skladištenje energije, naše baterije mogu se sigurno rastaviti, a materijali mogu biti ponovo korišćeni ili reciklirani,“ kaže Ma.
Što se tiče praktičnih primena, istraživači su povezali svoj dizajn baterije sa solarnim panelom i 45-vatnom solarnom lampom, koju je baterija osvetljavala 12 sati nakon jednog dana punjenja. Ovo je mala demonstracija potencijala ‘vodnih baterija’ za korišćenje u skladištenju obnovljive energije, što bi trebalo da podstakne dalja istraživanja.