С каждым годом в мире производят все больше электричества и людям нужно всё больше накопителей энергии. Они бывают разного типа — от привычных литий-ионных аккумуляторов и свинцово-кислотных батарей до водородных топливных элементов и многих других. У каждой технологии свои плюсы и минусы: какие-то накопители почти не разряжаются в режиме простоя и поэтому подходят для долгосрочного хранения электричества, другие могут выдавать очень большие токи, а третьи — хранить рекордное количество энергии в пересчету на единицу своей массы, что делает их незаменимыми, например, для подводных лодок.
Среди накопителей энергии бывают и особенно экзотические. Так, в 70-х годах XX века ученые предложили концепцию нейтрализационной батареи, в которой энергия получается за счет разницы в значениях рН двух жидкостей, называемых электролитами. Фактически — это топливо, которое превращается в электричество. Нейтрализационные батареи обладают достаточно низкими характеристиками: они не дают большие мощности при разряде и не могут хранить большие объемы энергии, но зато у них есть важное преимущество — стоимость электролитов. Для литий-ионных аккумуляторов нужны сравнительно дорогие соли лития, для водородных топливных элементов — водород, а нейтрализационные батареи могут использовать практически любые жидкости
Принцип работы нейтрализационной батареи основан на том, что две жидкости с отличным рН прокачиваются через разные емкости внутри батареи. Они физически не смешиваются между собой, но зато вступают в электрохимические реакции, продукты которых переходят из одной емкости в другую. За счет такого своеобразного круговорота веществ и выделяется или, наоборот, запасается энергия.
Российские ученые отработали конструкцию нейтрализационной батареи на разбавленных растворах HCl и NaOH. Ключевая идея заключалась в использовании водородных электродов. В итоге в обеих емкостях происходят реакции с участием водорода, и суммарная энергия нейтрализации складывается именно из них. При этом, для работы нейтрализационной батареи подходят даже морская вода и отходы химических заводов. Саму конструкцию разработали ученые РХТУ имени Менделеева, ИПХФ РАН и ИФХЭ РАН.
«Ключевая идея — применение водородных электродов. Реакции разнесены в пространстве и проходят в двух емкостях с участием водорода, и суммарная энергия химической нейтрализации дает электроны, то есть, мы получаем электричество практически из ничего. Сперва кажется, что это какой-то трюк, но это реальная технология», — говорит Павел Локтионов, первый автор исследования.
Авторы уже доказали принципиальную возможность перезарядки такого устройства, а его удельная мощность составила 6 мВт/см² — это один из самых высоких показателей среди нейтрализационных батарей.
Читать далее
В Китае обнаружены два новых вида динозавров
Раскрыта вековая загадка источника космических лучей в Млечном Пути
Ученые нашли следы смертельной схватки мегалодона с кашалотом