Ионы хлорида из морской воды могут использоваться в литиевых аккумуляторах будущего

Калий, цинк, натрий являются перспективными кандидатами на замену лития в аккумуляторах будущего. Это известно уже довольно давно. Однако недавно исследователи из Вустерского политехнического института (WPI) добавили в этот список ещё более распространённое соединение – хлорид из морской воды. Этот хлорид богат отрицательно заряженными ионами.

Тенг и сотрудники его группы из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке (Хит Тернер, профессор химической и биологической инженерии в Университете Алабамы, и Лихуа Чжан, Милинда Абейкун, Гихан Квон, Дэниел Олдс) решили выйти за рамки существующих ограничений для технологии зелёных аккумуляторов. Для усиления окислительно-восстановительного химического состава аккумуляторов на основе оксида железа они использовали ионы хлорида.

Тен с коллегами рассказали о новом химическом составе аккумулятора в своей статье «Введение хлорида, усиливающем электрохимическое окисление двухслойного гидроксида железа в оксигидроксид в щелочных железных батареях», которую они опубликовали в журнале Американского химического общества «Химия материалов».

Проведённое исследование показало, что внедрение ионов хлорида в слоистый двойной гидроксид железа (Fe(OH)₂) приводит к образованию промежуточного кристаллического материала Green Rust. Этот материал способствует реакции, в результате которой происходит превращение Fe(OH)₂/FeOOH с переносом одного заряда и повышается устойчивость аккумулятора к циклированию. Исследователи изучили этот новый окислительно-восстановительный химический состав в лаборатории WPI. Тенг вместе с коллегами отправились в Департамент энергопотребителей Брукхейвенской национальной лаборатории, где провели эксперименты, подтверждающие озвученные результаты. Для этого они использовали операндосинхротронную рентгеновскую дифракцию и элементарное картирование с высоким разрешением.

Учёные изготовили водный аккумулятор в виде небольшого прототипа. Электролит использовался на водной основе. Электроды были изготовлены из таких распространённых элементов, как гидроксиды и оксиды железа. Специалисты пока ещё не рассчитали стоимость будущих аккумуляторов. Но они говорят, что это стоимость будет весьма конкурентоспособной. В своём исследовании они отмечают, что в США производятся более 15 миллионов тонн не перерабатываемых отходов железного лома ежегодно. Большинство из них так и пропадают на свалках в виде лома. Предложенный химический состав для аккумуляторов поможет перепрофилировать эти отходы в устройства для современного хранения энергии. Сообщается, что исследование было профинансировано национальным научным фондом и Министерством энергетики США.