Водные аккумуляторные батареи: безопасная альтернатива литий-ионным аккумуляторам

Причины генерации водорода и непрерывного накопления в ячейке в водных аккумуляторах.Кредит: Корейский институт науки и техники

Этим летом планета страдала от беспрецедентных тепловых волн и сильных дождей.Разработка возобновляемой энергии и расширение связанной инфраструктуры стало важной стратегией выживания для обеспечения устойчивости планеты в кризисе, но у нее есть очевидные ограничения из -за волатильности производства электроэнергии, которая опирается на неопределенные переменные, такие как погодные условия.

По этой причине спрос на системы хранения энергии (ESS), который может хранить и поставлять электроэнергию по мере необходимости, постоянно увеличивается, но литий-ионные батареи (LIBS), используемые в ESS, не только очень дороги, но и подвержены потенциальному пожаруТаким образом, существует срочная необходимость в разработке более дешевых и более безопасных альтернатив.

Исследовательская группа, возглавляемая доктором Ох, SI Hyung из Центра исследований энергии в Корейском институте науки и технологии (KIST)потребности.Результаты этого исследования были опубликованы в журнале «Материалы хранения энергии».

Водные аккумуляторы имеют значительное экономическое преимущество, поскольку стоимость сырья намного ниже, чем LIBS.Тем не менее, запасный водород, генерируемый от паразитарного разложения воды, вызывает постепенное повышение внутреннего давления и возможного истощения электролита, что представляет значительную угрозу для безопасности батареи, что затрудняет коммерциализацию.

До сих пор исследователи пытались уклониться от этой проблемы, установив слой защиты поверхности, который минимизирует площадь контакта между металлическим анодом и электролитом.Тем не менее, коррозия металлического анода и сопутствующее разложение воды в электролите в большинстве случаев неизбежны, а непрерывное накопление газа водорода может вызвать потенциальную детонацию в долгосрочной работе.

Чтобы справиться с этой критической проблемой, исследовательская группа разработала композитный катализатор, состоящий из диоксида марганца и палладия, который способен автоматически преобразовать газ водорода, генерируемый внутри клетки в воду, обеспечивая как производительность, так и безопасность клетки.

Диоксид марганца не реагирует с газом водорода при нормальных обстоятельствах, но когда добавляется небольшое количество палладия, водород легко поглощается катализаторами, регенерируется в воду.В прототипе ячейки, загруженной недавно разработанными катализаторами, внутреннее давление ячейки поддерживалось значительно ниже предела безопасности, и истощение электролита не наблюдалось.

Результаты этого исследования эффективно решают одну из наиболее связанных с проблемами безопасности в водных батареях, что делает значительный шаг к коммерческому применению к ESS в будущем.Замена LIBS более дешевыми и более безопасными водными батареями может даже вызвать быстрый рост мирового рынка для ESS.

«Эта технология относится к индивидуальной стратегии безопасности для водных аккумуляторов, основанных на встроенном механизме активной безопасности, с помощью которого факторы риска автоматически контролируются»,-сказал доктор OH, SI Hyung из Kist.«Более того, его можно применить к различным промышленным объектам, где утечка газа водорода является одной из основных проблем безопасности (например, заправочной станции для водорода, атомных электростанций и т. Д.) Для защиты общественной безопасности».

Больше информации: Hyun-Gi Jo et al., Очень безопасные водные аккумуляторы через регенерацию электролита с использованием каталитического цикла PD-MNO2, материалов для хранения энергии (2023).Doi: 10.1016/j.ensm.2023.102881