Создана батарея, которая генерирует энергию из химических отходов
Принцип работы нейтрализационной батареи основан на том, что две жидкости с разной кислотностью (рН) проходят через разные емкости внутри батареи. Они физически не смешиваются между собой, но зато вступают в электрохимические реакции, продукты которых переходят из одной емкости в другую. За счет такого своеобразного круговорота веществ выделяется или запасается энергия.
Концепция такой батареи появилась еще в 1970-х годах, но тогда она не получила достаточного развития из-за того, что такие устройства не дают большие мощности при разряде и не могут хранить значимые объемы энергии. Но у них есть одно преимущество — низкая стоимость электролитов, в качестве которых можно использовать отходы химических производств и даже морскую воду.
Исследователи из РХТУ им. Д.И. Менделеева, ИПХФ РАН и ИФХЭ РАН создали конструкцию нейтрализационной батареи на разбавленных растворах соляной кислоты (HCl) и гидроксида натрия (NaOH). Ключевая идея заключалась в использовании водородных электродов. В итоге в обеих емкостях будут происходить реакции с участием водорода, и суммарная энергия нейтрализации будет складывается именно из них.
Ученые отмечают, что если соединить NaOH и HCl, самопроизвольно пойдет реакция нейтрализации — образуется соль NaCl, а оставшиеся ОН и H сольются в воду H2O. Суммарная энергия, запасенная в химических связях NaCl и H2O ниже, чем суммарная энергия исходной кислоты и щелочи, и поэтому в этой реакции появляется избыток энергии, который рассеивается вместе с теплом — стакан, в котором смешали реагенты, нагреется.
«В нейтрализационной батарее мы проводим точно ту же реакцию, но только разбиваем ее на две полуреакции и разносим их в пространстве. На одном электроде протекает одна полуреакция, на другом другая, а в сумме они дают ту же самую реакцию нейтрализации, но только энергия здесь выделяется не в виде тепла, а в виде электронов», — объясняет первый автор работы Павел Локтионов, сотрудник лаборатории электроактивных материалов и химических источников энергии РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Удельная мощность устройства составила 6 мВт/см2 — это один из самых высоких показателей среди такого типа батарей