Ausztrál kutatók újfajta "vízakkumulátort" fejlesztettek ki, ami olcsóbb, újrahasznosítható, és nem robban fel

A víz és az elektronika általában nem szeretik egymást, de mint kiderült, az akkumulátorok számára előnyös lehet némi H2O. A kereskedelmi ak...

A víz és az elektronika általában nem szeretik egymást, de mint kiderült, az akkumulátorok számára előnyös lehet némi H2O.

A kereskedelmi akkumulátorokban használt veszélyes kémiai elektrolitok vízzel való helyettesítésével a tudósok kifejlesztettek egy újrahasznosítható "vízakkumulátort," és megoldották a kulcsfontosságú problémákat a feltörekvő technológiával, amely biztonságosabb és zöldebb alternatíva lehet. (1)

A vízakkumulátorok hivatalosan vizes fémion-elemek. Ezek az eszközök olyan fémeket használnak, mint a magnézium vagy a cink, amelyeket olcsóbb összeszerelni és kevésbé mérgezőek, mint a más típusú akkumulátorokban jelenleg használt anyagok.

Az akkumulátorok energiát tárolnak azáltal, hogy elektronáramlást hoznak létre, amely az akkumulátor pozitív végétől (a katódtól) a negatív végéig (az anódig) mozog. Energiát adnak le, amikor az elektronok ellenkező irányba áramlanak. Az akkumulátorban lévő folyadék azért van, hogy az elektronokat oda-vissza szállítsa a két végpont között.

A vízakkumulátorban az elektrolitikus folyadék víz, néhány hozzáadott sóval, nem pedig kénsavval vagy lítiumsóval.

Döntő fontosságú, hogy a legújabb fejlesztés mögött álló csapat kitalált egy módszert, amely megakadályozza ezeknek a vízelemeknek a rövidzárlatát. Ez akkor fordul elő, amikor apró, tüskés fémes növekedések, úgynevezett dendritek képződnek az akkumulátor belsejében lévő fémanódon, és áttörnek az elemrekeszeken.

Bár nem valószínű, hogy az új technológia egyhamar felváltja a lítium-ion akkumulátorokat, további kutatással és fejlesztéssel a vízakkumulátorok biztonságos alternatívát nyújthatnak a lítium-ion társaikkal szemben körülbelül egy évtizeden belül, mondja Tianyi Ma, a melbourne-i RMIT Egyetem kémiai tudósa.

A lítium-ion akkumulátorok, amelyek a laptopoktól és telefonoktól kezdve az elektromos kerékpárokig és autókig mindenben megtalálhatók, szélsőséges esetekben túlmelegedhetnek és kigyulladhatnak. Ez azért van, mert a lítium elég aktív fém, amely szerves elektrolitba merül.

Ezen biztonsági aggályok miatt a kutatók már régóta próbálnak olyan akkumulátorokat tervezni, amelyek különböző anyagokat használnak, de ugyanolyan teljesítményt nyújtanak és hasonló élettartammal rendelkeznek.

A vizes fém-ion akkumulátorok használatának egyik fő akadálya a dendrit növekedése. Ennek megakadályozására a kutatók az akkumulátor cink-anódját bizmut fémmel vonták be, amely oxidálódik, és rozsdát képez. Ez olyan védőréteget hoz létre, amely megakadályozza a dendritek kialakulását.

A funkció abban is segít, hogy a prototípus vízakkumulátorok hosszabb ideig tartsanak, 500 ciklus után is megtartsák kapacitásuk több mint 85 százalékát, a kutatók kísérletei szerint.

A csapat eddig az órákban használt érme méretű elemek vízalapú prototípusait, valamint az AA vagy AAA elemekhez hasonló hengeres elemet fejlesztett ki.

A csapat azon dolgozik, hogy javítsa vízakkumulátoraik energiasűrűségét, hogy összehasonlíthatóak legyenek a zsebméretű eszközökben található kompakt lítium-ion akkumulátorokkal.

A magnézium az előnyben részesített anyaguk, könnyebb, mint a cink, nagyobb potenciális energiasűrűséggel. Tianyi Ma szerint ha a magnézium-ion akkumulátorok kereskedelmi forgalomba kerülhetnek, a technológia néhány éven belül felválthatja a terjedelmes savas ólomakkumulátorokat.

A savas ólomakkumulátorok alacsony energiasűrűségűek, és benzin- vagy dízelüzemű autómotorok indítására és nagyméretű hálózatokban használják energia tárolására. Mivel azonban ólmot és veszélyes savakat tartalmaznak, nem ártalmatlaníthatók, és speciális létesítményekben kell újrahasznosítani őket.

A lítium-ion akkumulátorok újrahasznosítása vagy újrafelhasználása szintén kiemelt prioritás, tekintettel az akkumulátorok és az előállításukhoz használt fémek iránti kereslet előrejelzett növekedésére, mivel a világ villamosítja energiarendszereit a fosszilis tüzelőanyagok fokozatos megszüntetése és az éghajlatváltozás elleni küzdelem érdekében.

"A fogyasztók, az ipar és a kormányok világszerte szembesülnek az életciklus végi ártalmatlanítási kihívások kezelésével, de ezzel az energiatárolási technológiával akkumulátoraink biztonságosan szétszerelhetők, és az anyagok újrafelhasználhatók vagy újrahasznosíthatók," - mondja Ma.

Ami a gyakorlati alkalmazásokat illeti, a kutatók az akkumulátor kialakítását egy napelemhez és egy 45 wattos napelemes lámpához kapcsolták, amelyet az akkumulátor egy napi töltés után 12 órán keresztül működtetett. Ez egy kis léptékű demonstrációja a "vízakkumulátorok" megújuló energia tárolására való felhasználásának, ami további kutatásokat ösztönözhet. (2)

(1) - https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/
(2) - https://www.sciencealert.com/new-water