Отходы тофу как основа для батареи: простой рассол выдерживает 120 000 циклов зарядки в лаборатории – во много раз больше, чем современные технологии.
Те, кто делает тофу, смешивают соевое молоко с коагулянтом — и получается своеобразный творог, который затем сливают и прессуют. В качестве побочного продукта остается богатый минералами рассол.
Подробности читайте после рекламы
Именно эту жидкость китайская исследовательская группа сейчас использует в качестве образца электролита для аккумуляторов, который не горит и не токсичен. В ходе лабораторных испытаний построенный таким образом элемент выдержал более 120 000 циклов зарядки – во много раз больше, чем могут достичь нынешние батареи.
Исследование появилось в специализированном журнале в середине февраля. Природные коммуникации.
Как минеральные соли мигрируют с кухни в батарею
Обычные литий-ионные аккумуляторы переносят заряд между положительным и отрицательным полюсами с помощью легковоспламеняющегося растворителя. Если этот растворитель загорится – например, после падения или перегрева – потушить огонь будет сложно.
Группа исследователей из Городского университета Гонконга и Южного университета науки и технологий заменила это опасное вещество простым водным раствором. В нем были растворены магний и хлорид кальция — две соли, которые веками использовались для затвердевания соевого молока.
Исследователи громко заявили Южно-Китайская морнинг пост (SCMP) предполагает, что даже остаточная жидкость от настоящего производства тофу подойдет в качестве электролита. Важно не происхождение раствора, а его химический состав и нейтральное значение pH.
Подробности читайте после рекламы
Почему предыдущие водяные батареи быстро выходили из строя
Батареи на водной основе существуют уже более двух столетий. До сих пор их недостаток всегда был один и тот же: используемые жидкости реагируют либо сильнокислотно, либо сильнощелочно.
Оба воздействуют на электроды, вызывают нежелательные химические процессы и резко сокращают срок их службы. Кроме того, выше определенного напряжения вода распадается на составляющие — водород и кислород, — что еще больше дестабилизирует клетку.
Рассол тофу устраняет обе уязвимости одновременно. При значении pH 7,0 она ведет себя так же химически нейтрально, как и водопроводная вода. Это означает, что деструктивных побочных реакций в значительной степени можно избежать.
В сочетании со специально разработанными электродами из органических полимеров прототип достиг 120 000 циклов в ресурсных испытаниях без заметной потери емкости аккумулятора. Обычные аккумуляторы электромобилей часто служат всего несколько тысяч циклов; особенно надежные крупногабаритные запоминающие устройства редко превышают отметку в десять тысяч.
Что это значит для смартфонов, аккумуляторов и электронных велосипедов
Горящие батарейки регулярно попадают в новости. Иногда в квартире загорается электровелосипед, иногда в самолете дымит павербанк. Несколько авиакомпаний уже запретили или ограничили использование портативных зарядных устройств во время полетов.
Аккумулятор на водной основе принципиально исключает такие сценарии: вода и минеральные соли не воспламеняются и не выделяют токсичный дым при повреждении.
Никаких опасных отходов, никакой сложной переработки.
Использованные литий-ионные аккумуляторы классифицируются как опасные отходы и проходят дорогостоящие процессы переработки. По мнению исследователей, это полностью устраняется с помощью батареи рассола тофу.
Магний и кальций относятся к числу наиболее распространенных элементов в земной коре и не наносят никакого вреда окружающей среде. Команда отмечает, что элемент соответствует нескольким международным экологическим стандартам, включая европейский стандарт ISO 14001 и директиву RCRA США.
Все еще слишком большой и тяжелый для вашего кармана.
Несмотря на всю эйфорию, остается важная загвоздка: прототип запасает всего около 48 ватт-часов на килограмм. У современного литий-ионного аккумулятора в три-пять раз больше. Смартфону с этой технологией потребуется значительно больший и тяжелый аккумулятор, чтобы обеспечить такой же срок службы.
Команда не указывает конкретные сроки выхода продуктов на рынок. Стационарные накопители энергии изначально кажутся более реалистичными, чем их использование в мобильных устройствах – например, для солнечных систем, ветряных электростанций или аварийного электропитания для серверных ферм. В этих областях долговечность и пожарная безопасность имеют большее значение, чем каждый грамм на весах.
