Железный потенциал: силикаты открывают дорогу к дешевым и экологичным аккумуляторам

Век возобновляемой энергии уже наступил, но его рассвет омрачен зависимостью от капризов природы. Солнечные панели молчат по ночам, а ветряки безвольно замирают в штиль. Чтобы зеленая энергия стала по-настоящему надежной, необходимо научиться ее эффективно накапливать. Именно здесь на сцену выходит новое поколение аккумуляторов, способных стать краеугольным камнем энергетической революции.

Сегодня литий-ионные аккумуляторы — неотъемлемая часть нашей жизни, питающая все, от смартфонов до электромобилей. Однако их производство зависит от дефицитных и дорогостоящих металлов: лития, никеля и кобальта. Поиск более доступных и экологичных альтернатив — одна из главных задач современной науки.

В Массачусетском политехническом институте (WPI) команда ученых под руководством профессора Сяовэя Тенга исследует потенциал железа — второго по распространенности металла на планете. Железо — дешевый, экологичный и легкодоступный ресурс, миллионы тонн которого ежегодно перерабатываются из металлолома. Казалось бы, идеальный кандидат на роль основы для аккумуляторов будущего.

Проблема в том, что железо, применяемое в традиционных железо-никелевых аккумуляторах (изобретенных, кстати, еще Томасом Эдисоном!), обладает низкой энергоэффективностью. При зарядке таких аккумуляторов выделяется газообразный водород, а при разрядке образуется инертный оксид железа, что снижает их емкость и срок службы.

Но профессор Тенг и его команда нашли элегантное решение этой проблемы. В своей работе, опубликованной в журнале ChemSusChem, они продемонстрировали, что добавление в электролит обычного силиката — соединения кремния и кислорода, широко используемого в производстве стекла и цемента, — позволяет полностью подавить образование водорода при зарядке.

Силикат, выступая в роли своеобразного «посредника», взаимодействует с электродами аккумулятора, предотвращая нежелательные химические реакции. Это открытие может кардинально изменить перспективы железо-никелевых и железо-воздушных аккумуляторов, сделав их конкурентоспособными в сравнении с литий-ионными аналогами.

Технология, разработанная в WPI, открывает путь к созданию дешевых, безопасных и эффективных систем хранения энергии, способных обеспечить стабильную работу микросетей, отдельных солнечных и ветряных электростанций, а в перспективе — и всей энергосистемы.

Железный век аккумуляторов может наступить уже совсем скоро, обеспечив человечеству энергетическую независимость и экологически чистое будущее.