Нова технология за съхранение на енергия се готви да детронира литиево-йонната батерия (снимка: CC0 Public Domain)
Литиево-йонните батерии са движещата сила на мобилните ни устройства и електрическите автомобили, но технологията има своите недостатъци. Протонните батерии, които разчитат на лесно достъпни материали, се сочат като добър заместител – най-вече за анодния материал, което може да помогне за преодоляване на недостатъците на литиевите устройства. Новият материал може да издържи 3500 цикъла на презареждане и работи отлично в по-студено време.
Литиево-йонните батерии са най-добрите в света на химическите акумулаторни системи. Тази 50-годишна технология формира „гръбнака“ на милиарди мобилни устройства по света. Тя е и настоящият лидер за захранване на електрическите превозни средства. Но това не означава, че няма конкуренция.
Когато става въпрос за съхранение на възобновяема енергия, има по-удачни варианти, например желязо-въздушните батерии (които използват окисляване за съхраняване на енергия). Проучват се и много други формули.
Сред тях е концепцията за протонни батерии: такива, които използват протони, отделени от вода, които след това се свързват с въглероден електрод. О, да – протонните батерии не изискват редки елементи като литий. А сега учени от Университета на Нов Южен Уелс в Сидни искат да ги направят масови.
„Има много предимства на протонните батерии“, казва Сишенг Ву, докторант в UNSW. „Но настоящите електродни материали, използвани за протонните батерии, някои от които са направени от органични материали, а други – от метали, са тежки“. И все още струват доста.
Освен това малкото въглеродни електроди, които съществуват, имат ограничен диапазон откъм напрежение. Двата недостатъка в момента правят протонните батерии негодни да бъдат истински заместител на литиево-йонните. Учените от Сидни обаче са разработили нов въглероден електрод, наречен тетраамино-бензохинон (TABQ), за да решат проблема.
Екипът първо започнал с малка молекула, наречена тетрахлоро-бензохинон (TCBQ), която няма достатъчно висок редукционно-окислителен потенциал, за да играе ролята на катод, или достатъчно нисък потенциал, за да бъде анод. След това обаче екипът направил някои промени. Заменил четирите хлоро-групи в молекулата с амино-групи (оттук и промяната на името) и установил, че полученият материал прави TABQ чудесен кандидат за аноди и подобрява способността на материала да съхранява протони.
Тази изцяло органична батерия може да издържи 3500 цикъла на презареждане. Способна е да поддържа висок капацитет и да работи много добре в студени условия – полезен „страничен ефект“, като се има предвид, че литият губи ефективност, когато стане твърде студено.
„Електролитът в литиево-йонната батерия е направен от литиева сол – разтвор, който е запалим, а това е голям проблем“, казва Чуан Джао, професор в UNSW Сидни, в изявление за пресата. „В нашия случай има двата електрода, направени от органични молекули, а между тях е налице воден разтвор, което прави батерията лека, безопасна и достъпна“.
Има ли „но“? Разбира се. Технологията все още не е усъвършенствана. Предстои още работа, за да могат протонните батерии да детронират литиевите.
„Проектирахме много добър аноден материал“, казва Ву, „и бъдещата ни работа ще се насочи към катода. Ще продължим да проектираме нови органични материали, които имат по-висок диапазон на редокс потенциал, за да увеличим изходното напрежение на батерията“.