De obicei, apa și electronicele nu se amestecă, dar se pare că și bateriile ar putea beneficia de un pic de H2O. Astfel, noile baterii cu apă ar putea fi o soluţie pentru viitor.
Prin înlocuirea cu apă a electroliților chimici periculoși utilizați în bateriile comerciale, oamenii de știință au dezvoltat „baterii cu apă”, rezolvând problemele cheie ale acestei tehnologii emergente, care ar putea fi o alternativă mai sigură și mai ecologică.
„Baterii cu apă”, cunoscute oficial ca baterii apoase cu ioni metalici
Aceste „baterii cu apă” sunt cunoscute în mod oficial ca baterii apoase cu ioni metalici. Aceste dispozitive utilizează metale precum magneziul sau zincul, care sunt mai ieftine de asamblat și mai puțin toxice decât materialele utilizate în prezent în alte tipuri de baterii.
Bateriile stochează energie prin crearea unui flux de electroni care se deplasează de la capătul pozitiv al bateriei (catodul) la cel negativ (anodul). Acestea consumă energie atunci când electronii circulă în sens invers. Fluidul din baterie are rolul de a face naveta electronilor înainte și înapoi între cele două capete.
Într-o baterie cu apă, lichidul electrolitic este apa cu câteva săruri adăugate, în loc de ceva precum acidul sulfuric sau sarea de litiu.
În mod esențial, echipa din spatele acestui ultim progres a găsit o modalitate de a preveni scurtcircuitarea acestor baterii cu apă. Acest lucru se întâmplă atunci când pe anodul metalic din interiorul unei baterii se formează mici excrescențe metalice cu țepi, numite dendrite, care străpung compartimentele bateriei.
Deși este puțin probabil ca noua tehnologie să înlocuiască în curând bateriile litiu-ion, cu ajutorul unor cercetări și dezvoltări suplimentare, bateriile cu apă ar putea oferi o alternativă sigură la cele cu litiu-ion în aproximativ un deceniu, spune autorul principal, cercetătorul chimic Tianyi Ma de la Universitatea RMIT din Melbourne, Australia.
Bateriile litiu-ion, care se găsesc în orice dispozitiv, de la laptopuri și telefoane până la biciclete și mașini electrice, se pot supraîncălzi și pot lua foc în cazuri extreme. Acest lucru este cauzat de faptul că litiul este un metal destul de activ, care este scufundat într-un electrolit organic.
Din cauza acestor probleme de siguranță, cercetătorii încearcă de mult timp să conceapă baterii care să folosească materiale diferite, dar care să producă aceleași performanțe și să aibă o longevitate similară.
Un obstacol major în calea utilizării bateriilor apoase cu ioni metalici a fost creșterea dendritelor. Pentru a inhiba acest lucru, cercetătorii au acoperit anodul de zinc al bateriei cu bismut metalic, care se oxidează pentru a forma rugină. Acest lucru creează un strat protector care oprește formarea dendritelor.
Această caracteristică ajută, de asemenea, prototipul de baterii cu apă să reziste mai mult timp, păstrând peste 85% din capacitate după 500 de cicluri, au arătat experimentele cercetătorilor.
Echipa de cercetare a dezvoltat până în prezent prototipuri pe bază de apă ale unor baterii de mărimea unei monede folosite în ceasuri, precum și baterii cilindrice similare bateriilor AA sau AAA.[sursa]
O soluţie pentru viitor
Echipa lucrează pentru a îmbunătăți densitatea energetică a bateriilor lor cu apă, pentru a le face comparabile cu bateriile compacte litiu-ion care se găsesc în interiorul dispozitivelor de buzunar.
Materialul preferat este magneziul, mai ușor decât zincul și cu o densitate energetică potențială mai mare. Ma spune că, dacă bateriile magneziu-ion pot fi comercializate, tehnologia ar putea înlocui bateriile voluminoase cu plumb-acid în câțiva ani.
Bateriile cu plumb-acid au o densitate energetică scăzută și sunt folosite pentru pornirea motoarelor auto pe benzină sau diesel și în stocarea energiei în rețelele de mare capacitate. Cu toate acestea, deoarece conțin plumb și acizi periculoși, ele nu pot fi eliminate și trebuie reciclate în instalații specializate.[sursa]
Reciclarea sau reutilizarea bateriilor litiu-ion reprezintă, de asemenea, o prioritate de top, având în vedere creșterea preconizată a cererii de baterii și de metale utilizate pentru fabricarea acestora, pe măsură ce lumea își electrifică sistemele energetice pentru a elimina treptat combustibilii fosili și pentru a combate schimbările climatice.
„Abordând provocările legate de eliminarea la sfârșitul duratei de viață cu care se confruntă consumatorii, industria și guvernele la nivel global cu tehnologia actuală de stocare a energiei, bateriile noastre pot fi dezasamblate în siguranță, iar materialele pot fi reutilizate sau reciclate.”, a mai spus cercetătorul Tianyi Ma.
În ceea ce privește aplicațiile practice, cercetătorii au conectat designul bateriei lor la un panou solar și la o lumină solară de 45 de wați, pe care bateria a ținut-o luminată timp de 12 ore după o zi de încărcare. Este o demonstrație la scară mică a potențialului „bateriilor de apă” de a fi utilizate pentru stocarea energiei regenerabile, ceea ce ar trebui să încurajeze continuarea cercetărilor în această direcţie.