120 000 циклов без деградации: что скрывает водная батарея будущего

Исследовательские группы Городского университета Гонконга и Южного университета науки и технологий представили разработку водного аккумулятора, в котором исключены агрессивные химические компоненты. Вместо традиционных кислот и щелочей инженеры применили электролит на основе нейтральных солей магния и кальция — соединений, используемых в пищевой промышленности, в частности при производстве тофу. Поддержание pH на уровне 7,0 позволило устранить коррозионные процессы внутри элемента.

В конструкции отрицательного электрода использован синтезированный ковалентный органический полимер Hexaketone-tetraaminodibenzo-p-dioxin. Этот материал с пластичной структурой содержит электронодонорные связи, обеспечивающие высокую проводимость и ускоренную кинетику при хранении двухзарядных ионов. Положительный электрод выполнен на основе аналога берлинской лазури (Prussian blue analog), что завершает электрохимическую систему.

По результатам лабораторных испытаний прототип демонстрирует рабочее напряжение 2,2 В и удельную энергоёмкость 48,3 Вт·ч/кг, рассчитанную по суммарной массе электродов и электролита. Удельная ёмкость составляет 112,8 мА·ч/г. Ключевой показатель надёжности — сохранение рабочих характеристик после 120 000 циклов заряда-разряда при токовой нагрузке 20 А/г. При условии ежедневного цикла эксплуатации теоретический срок службы устройства превышает три столетия, что на порядок выше ресурса современных литий-ионных решений.

Благодаря отсутствию токсичных компонентов батарея соответствует требованиям международных нормативов утилизации, включая американский закон RCRA и стандарт ISO 14001, и может быть безопасно удалена без специальной переработки. Вместе с тем, для вывода технологии на рынок необходимо решить задачи масштабирования синтеза органического полимера и повышения объёмной энергоёмкости для компактных применений.

Разработка находится на стадии лабораторной валидации. Дальнейшие исследования будут сфокусированы на оптимизации производственных процессов и адаптации архитектуры элемента под требования потребительской электроники и стационарных систем накопления энергии.

Источник: nature