Οι «μπαταρίες νερού» είναι επίσημα γνωστές ως μπαταρίες μετάλλων-ιόντων, καθώς χρησιμοποιούν μέταλλα όπως το μαγνήσιο ή ο ψευδάργυρος
Το υγρό στοιχείο και τα ηλεκτρονικά συνήθως δεν πάνε μαζί, ωστόσο όπως αποδεικνύεται, οι μπαταρίες θα μπορούσαν να επωφεληθούν από λίγο…νερό.
Όπως μαθαίνουμε από το Science Alert, αντικαθιστώντας τους επικίνδυνους χημικούς ηλεκτρολύτες που χρησιμοποιούνται στις κλασικές εμπορικές μπαταρίες με νερό, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια πλήρως ανακυκλώσιμη μπαταρία νερού, συμπεραίνοντας πως η νέα αυτή τεχνολογία θα μπορούσε να αποτελέσει μια ασφαλέστερη και πιο πράσινη εναλλακτική λύση που εμφανίζει πολλαπλά πλεονεκτήματα.
Οι «μπαταρίες νερού» είναι επίσημα γνωστές ως μπαταρίες μετάλλων-ιόντων, καθώς χρησιμοποιούν μέταλλα όπως το μαγνήσιο ή ο ψευδάργυρος, τα οποία είναι φθηνότερα στη συναρμολόγηση και λιγότερο τοξικά από τα υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα σε άλλα είδη μπαταριών.
Οι συγκεκριμένες μπαταρίες αποθηκεύουν μεγάλα ποσά ενέργειας δημιουργώντας μια συνεχή ροή ηλεκτρονίων που κινούνται από το θετικό άκρο της μπαταρίας (την κάθοδο) προς το αρνητικό άκρο (την άνοδο), ενώ διοχετεύουν ενέργεια όταν τα ηλεκτρόνια ρέουν προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Το υγρό στην μπαταρία είναι εκεί για να μετακινεί τα ηλεκτρόνια μπρος-πίσω μεταξύ των δύο άκρων.
Σε μια μπαταρία νερού, το ηλεκτρολυτικό υγρό είναι νερό με μερικά πρόσθετα άλατα, αντί για χημικές ενώσεις όπως το θειικό οξύ ή το άλας λιθίου.
Το σημαντικότερο είναι ότι η επιστημονική ομάδα που βρίσκεται πίσω από αυτή την τελευταία εξέλιξη βρήκε έναν τρόπο για να αποτρέψει το βραχυκύκλωμα αυτών των μπαταριών νερού.
Αυτό συμβαίνει όταν μικροσκοπικά αγκαθωτά μεταλλικά κομμάτια που ονομάζονται δενδρίτες σχηματίζονται στη μεταλλική άνοδο στο εσωτερικό μιας μπαταρίας.
Ασφαλής εναλλακτική λύση αντί των κλασικών μπαταριών
Αν και η νέα τεχνολογία είναι απίθανο να αντικαταστήσει τις μπαταρίες ιόντων λιθίου πολύ σύντομα, με περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη, οι μπαταρίες νερού θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια ασφαλή εναλλακτική λύση για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου σε μια δεκαετία περίπου, λέει ο επικεφαλής συγγραφέας, χημικός επιστήμονας Tianyi Ma του Πανεπιστημίου RMIT στη Μελβούρνη της Αυστραλίας.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι οποίες βρίσκονται κυριολεκτικά σε οτιδήποτε, από φορητούς υπολογιστές και τηλέφωνα μέχρι ηλεκτρικά ποδήλατα και αυτοκίνητα, μπορούν να υπερθερμανθούν, ακόμα και να πάρουν φωτιά σε ακραίες περιπτώσεις.
Αυτό συμβαίνει επειδή το λίθιο είναι ένα αρκετά ενεργό μέταλλο, το οποίο είναι βυθισμένο σε έναν οργανικό ηλεκτρολύτη.
Λόγω αυτών των ανησυχιών για την ασφάλεια, οι ερευνητές προσπαθούν εδώ και καιρό να αναπτύξουν μπαταρίες που χρησιμοποιούν διαφορετικά υλικά αλλά έχουν την ίδια απόδοση και την ίδια διάρκεια ζωής.
Τα προβλήματα
Ένα σημαντικό εμπόδιο για τη χρήση υδατικών μπαταριών ιόντων μετάλλων ήταν η ανάπτυξη δενδριτών, οπότε για να το αντιμετωπίσουν αυτό, οι επιστήμονες επικάλυψαν την άνοδο ψευδαργύρου της μπαταρίας με βισμούθιο, το οποίο οξειδώνεται σχηματίζοντας σκουριά.
Αυτό δημιουργεί ένα προστατευτικό στρώμα που εμποδίζει τον σχηματισμό δενδριτών.
Με αυτή τη μέθοδο, οι πρωτότυπες μπαταρίες νερού μπορούν να διαρκούν περισσότερο, διατηρώντας περισσότερο από το 85% της χωρητικότητάς τους μετά από 500 χρήσεις, όπως έδειξαν τα πειράματα.
Σύμφωνα με τον Royce Kurmelovs στον Guardian, η ομάδα έχει αναπτύξει μέχρι στιγμής πρωτότυπα μπαταριών με βάση το νερό σε μέγεθος κέρματος που χρησιμοποιούνται σε ρολόγια, καθώς και κυλινδρικές μπαταρίες παρόμοιες με τις μπαταρίες ΑΑ ή ΑΑΑ.
Τώρα οι ερευνητές εργάζονται για να βελτιώσουν την ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών νερού, ώστε να γίνουν συγκρίσιμες με τις συμπαγείς μπαταρίες ιόντων λιθίου που βρίσκονται μέσα σε συσκευές τσέπης.
Ο ρόλος που παίζει το μαγνήσιο
Το μαγνήσιο είναι ένα υλικό που προτιμούν οι επιστήμονες γενικά, καθώς είναι ελαφρύτερο από τον ψευδάργυρο και με μεγαλύτερη πυκνότητα ενέργειας.
Ο Ma λέει ότι αν οι μπαταρίες ιόντων μαγνησίου μπορούν να εμπορευματοποιηθούν, η τεχνολογία θα μπορούσε να αντικαταστήσει τις ογκώδεις μπαταρίες μολύβδου-οξέος μέσα σε λίγα χρόνια.
Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος έχουν χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα και χρησιμοποιούνται κυρίως για την εκκίνηση κινητήρων βενζινοκίνητων ή πετρελαιοκίνητων αυτοκινήτων και για την αποθήκευση ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα στο δίκτυο.
Ωστόσο, επειδή περιέχουν μόλυβδο και επικίνδυνα οξέα, δεν μπορούν να απορριφθούν και πρέπει να ανακυκλωθούν σε ειδικές εγκαταστάσεις.
Ύψιστη προτεραιότητα η ανακύκλωση
Η ανακύκλωση ή επαναχρησιμοποίηση των μπαταριών ιόντων λιθίου αποτελεί επίσης ύψιστη προτεραιότητα, δεδομένης της αύξησης της ζήτησης για τις μπαταρίες και τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους, καθώς ο κόσμος κινείται στην κατεύθυνση της σταδιακής κατάργησης των ορυκτών καυσίμων στο δρόμο της καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής.
«Οι μπαταρίες μας μπορούν να αποσυναρμολογηθούν με ασφάλεια και τα υλικά μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν ή να ανακυκλωθούν», λέει ο Ma.
Όσον αφορά τις πρακτικές εφαρμογές, οι ερευνητές συνέδεσαν τη μπαταρία τους με ένα ηλιακό πάνελ το οποίο η μπαταρία διατηρούσε φωτισμένο για 12 ώρες μετά από μια ημερήσια φόρτιση.
Πρόκειται για μια μικρής κλίμακας επίδειξη των δυνατοτήτων των μπαταριών νερού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας, η οποία θα πρέπει να πυροδοτήσει περισσότερες έρευνες και πειράματα.
www.worldenergynews.gr
Όπως μαθαίνουμε από το Science Alert, αντικαθιστώντας τους επικίνδυνους χημικούς ηλεκτρολύτες που χρησιμοποιούνται στις κλασικές εμπορικές μπαταρίες με νερό, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια πλήρως ανακυκλώσιμη μπαταρία νερού, συμπεραίνοντας πως η νέα αυτή τεχνολογία θα μπορούσε να αποτελέσει μια ασφαλέστερη και πιο πράσινη εναλλακτική λύση που εμφανίζει πολλαπλά πλεονεκτήματα.
Οι «μπαταρίες νερού» είναι επίσημα γνωστές ως μπαταρίες μετάλλων-ιόντων, καθώς χρησιμοποιούν μέταλλα όπως το μαγνήσιο ή ο ψευδάργυρος, τα οποία είναι φθηνότερα στη συναρμολόγηση και λιγότερο τοξικά από τα υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα σε άλλα είδη μπαταριών.
Οι συγκεκριμένες μπαταρίες αποθηκεύουν μεγάλα ποσά ενέργειας δημιουργώντας μια συνεχή ροή ηλεκτρονίων που κινούνται από το θετικό άκρο της μπαταρίας (την κάθοδο) προς το αρνητικό άκρο (την άνοδο), ενώ διοχετεύουν ενέργεια όταν τα ηλεκτρόνια ρέουν προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Το υγρό στην μπαταρία είναι εκεί για να μετακινεί τα ηλεκτρόνια μπρος-πίσω μεταξύ των δύο άκρων.
Σε μια μπαταρία νερού, το ηλεκτρολυτικό υγρό είναι νερό με μερικά πρόσθετα άλατα, αντί για χημικές ενώσεις όπως το θειικό οξύ ή το άλας λιθίου.
Το σημαντικότερο είναι ότι η επιστημονική ομάδα που βρίσκεται πίσω από αυτή την τελευταία εξέλιξη βρήκε έναν τρόπο για να αποτρέψει το βραχυκύκλωμα αυτών των μπαταριών νερού.
Αυτό συμβαίνει όταν μικροσκοπικά αγκαθωτά μεταλλικά κομμάτια που ονομάζονται δενδρίτες σχηματίζονται στη μεταλλική άνοδο στο εσωτερικό μιας μπαταρίας.
Ασφαλής εναλλακτική λύση αντί των κλασικών μπαταριών
Αν και η νέα τεχνολογία είναι απίθανο να αντικαταστήσει τις μπαταρίες ιόντων λιθίου πολύ σύντομα, με περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη, οι μπαταρίες νερού θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια ασφαλή εναλλακτική λύση για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου σε μια δεκαετία περίπου, λέει ο επικεφαλής συγγραφέας, χημικός επιστήμονας Tianyi Ma του Πανεπιστημίου RMIT στη Μελβούρνη της Αυστραλίας.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι οποίες βρίσκονται κυριολεκτικά σε οτιδήποτε, από φορητούς υπολογιστές και τηλέφωνα μέχρι ηλεκτρικά ποδήλατα και αυτοκίνητα, μπορούν να υπερθερμανθούν, ακόμα και να πάρουν φωτιά σε ακραίες περιπτώσεις.
Αυτό συμβαίνει επειδή το λίθιο είναι ένα αρκετά ενεργό μέταλλο, το οποίο είναι βυθισμένο σε έναν οργανικό ηλεκτρολύτη.
Λόγω αυτών των ανησυχιών για την ασφάλεια, οι ερευνητές προσπαθούν εδώ και καιρό να αναπτύξουν μπαταρίες που χρησιμοποιούν διαφορετικά υλικά αλλά έχουν την ίδια απόδοση και την ίδια διάρκεια ζωής.
Τα προβλήματα
Ένα σημαντικό εμπόδιο για τη χρήση υδατικών μπαταριών ιόντων μετάλλων ήταν η ανάπτυξη δενδριτών, οπότε για να το αντιμετωπίσουν αυτό, οι επιστήμονες επικάλυψαν την άνοδο ψευδαργύρου της μπαταρίας με βισμούθιο, το οποίο οξειδώνεται σχηματίζοντας σκουριά.
Αυτό δημιουργεί ένα προστατευτικό στρώμα που εμποδίζει τον σχηματισμό δενδριτών.
Με αυτή τη μέθοδο, οι πρωτότυπες μπαταρίες νερού μπορούν να διαρκούν περισσότερο, διατηρώντας περισσότερο από το 85% της χωρητικότητάς τους μετά από 500 χρήσεις, όπως έδειξαν τα πειράματα.
Σύμφωνα με τον Royce Kurmelovs στον Guardian, η ομάδα έχει αναπτύξει μέχρι στιγμής πρωτότυπα μπαταριών με βάση το νερό σε μέγεθος κέρματος που χρησιμοποιούνται σε ρολόγια, καθώς και κυλινδρικές μπαταρίες παρόμοιες με τις μπαταρίες ΑΑ ή ΑΑΑ.
Τώρα οι ερευνητές εργάζονται για να βελτιώσουν την ενεργειακή πυκνότητα των μπαταριών νερού, ώστε να γίνουν συγκρίσιμες με τις συμπαγείς μπαταρίες ιόντων λιθίου που βρίσκονται μέσα σε συσκευές τσέπης.
Ο ρόλος που παίζει το μαγνήσιο
Το μαγνήσιο είναι ένα υλικό που προτιμούν οι επιστήμονες γενικά, καθώς είναι ελαφρύτερο από τον ψευδάργυρο και με μεγαλύτερη πυκνότητα ενέργειας.
Ο Ma λέει ότι αν οι μπαταρίες ιόντων μαγνησίου μπορούν να εμπορευματοποιηθούν, η τεχνολογία θα μπορούσε να αντικαταστήσει τις ογκώδεις μπαταρίες μολύβδου-οξέος μέσα σε λίγα χρόνια.
Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος έχουν χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα και χρησιμοποιούνται κυρίως για την εκκίνηση κινητήρων βενζινοκίνητων ή πετρελαιοκίνητων αυτοκινήτων και για την αποθήκευση ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα στο δίκτυο.
Ωστόσο, επειδή περιέχουν μόλυβδο και επικίνδυνα οξέα, δεν μπορούν να απορριφθούν και πρέπει να ανακυκλωθούν σε ειδικές εγκαταστάσεις.
Ύψιστη προτεραιότητα η ανακύκλωση
Η ανακύκλωση ή επαναχρησιμοποίηση των μπαταριών ιόντων λιθίου αποτελεί επίσης ύψιστη προτεραιότητα, δεδομένης της αύξησης της ζήτησης για τις μπαταρίες και τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους, καθώς ο κόσμος κινείται στην κατεύθυνση της σταδιακής κατάργησης των ορυκτών καυσίμων στο δρόμο της καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής.
«Οι μπαταρίες μας μπορούν να αποσυναρμολογηθούν με ασφάλεια και τα υλικά μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν ή να ανακυκλωθούν», λέει ο Ma.
Όσον αφορά τις πρακτικές εφαρμογές, οι ερευνητές συνέδεσαν τη μπαταρία τους με ένα ηλιακό πάνελ το οποίο η μπαταρία διατηρούσε φωτισμένο για 12 ώρες μετά από μια ημερήσια φόρτιση.
Πρόκειται για μια μικρής κλίμακας επίδειξη των δυνατοτήτων των μπαταριών νερού που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας, η οποία θα πρέπει να πυροδοτήσει περισσότερες έρευνες και πειράματα.
www.worldenergynews.gr
