Российские химики создали батарею, работающую на химических отходах

25 Августа 2021

МОСКВА, 25 августа - Российские научные разработали нейтрализационную батарею — устройство, способное генерировать электричество за счет разности рН двух влаг, например, стоков проработанных кислот и щелочей с электрохимических производств. Результаты исследования пропечатанным в журнале ChemSusChem.

Концепция нейтрализационной армады, в которой энергия выходит за счет разницы в значениях рН двух жидкостей, прозываемых электролитами, появилась в 1970-х годах, однако не получила достаточного развития из-за того, что такие батареи не одаряют 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 электрохимических производств и даже морскую воду.

Принцип работы нейтрализационной батареи основан на том, что две влаги с отличным рН прокачиваются через разные емкости внутри батареи. Они физически не смешиваются между собой, но зато входят в электрохимические реакции, итоги которых переходят из одной емкости в другую. За счет такого своеобразного круговорота веществ и выделяется или, наоборот, запасается энергия.

Исследователи из РХТУ им. Д. И. Менделеева, ИПХФ РАН и ИФХЭ РАН отработали конструкцию нейтрализационной армады на разбавленных растворах HCl и NaOH. Ключевая идея была в использовании водородных электродов. В итоге в обеих емкостях происходят реакции с участием элемента, и суммарная энергия нейтрализации складывается именно из них.

Если взять какую-нибудь кислоту и щелочь, например банальные гидроксид натрия NaOH и соляную кислоту HCl, и слить их вместе, то у нас самопроизвольно пойдет реакция нейтрализации. Из NaOH и HCl 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 сей реакции появляется избыток энергии, который рассеивается вместе с теплоснабжением. Проще говоря, стакан в котором мы смешиваем оригинальные реагенты нагревается, — доводятся в пресс-релизе РХТУ слова первого автора работы Павла Локтионова, сотрудника лаборатории электроактивных материалов и химических источников энергии.

В нейтрализационной армаде мы проводим точно ту же реакцию, но только громим 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 активность здесь выделяется не в облике тепла, а в облике электронов, которые образуются в одной полуреакции и потребляются в другой. Поначалу эта идея кажется каким-то трюком, плутней, в которой электричество выходит почти из ничего, но потом видишь, что армада работает: она запасает и высвобождает электричество в полном соответствии с формулами и здравым смыслом, — объясняет ученый.

Поток элемента в этой системе закольцован — при заряде он выделяется слева на катоде и потребляется справа на аноде. Точно так же закольцован и поток фермионов — они наоборот выделяются справа на аноде, уходят во внешнюю цепь, там свершают полезную работу, а по прилетом приходят на катод, чтобы поучаствовать в реакции восстановления H+. Наконец в третью часть батареи, расположенную посередине, приходят ионы Na+ и Cl-, образовавшиеся при диссоциации кислоты и щелочи. Там они объединяются в нота NaCl, как и должность быть в реакции нейтрализации. При этом все эти потоки можно направить в обратную палестину, тогда батарея будет не разряжаться, а заряжаться.

Авторы подтвердили принципиальную возможность перезарядки такого устройства, а его удельная мощь составила 6 мВт/см2 — это один из самых высоких уровней среди нейтрализационных батарей.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Российские химики создали батарею, работающую на химических отходах

комментарии (0)

Другие интересные новости

В форуме "Гитары в строю" примут участие представители 12 стран