Miljövänligt vattenbatteri kan hålla i århundraden

Traditionella batterier är starkt beroende av starka, frätande syror och alkalier som bryter ned interna komponenter och utgör en allvarlig risk för miljöföroreningar vid avfallshantering. För att komma till rätta med detta har forskare från City University of Hong Kong och Southern University of Science and Technology tagit fram ett miljövänligt, vattenbaserat batterialternativ.

Den nya konstruktionen ersätter giftiga vätskor med en elektrolyt som består av neutrala magnesium- och kalciumsalter - mineraler som ofta används i saltlake för tofu. Lösningen upprätthålls vid ett neutralt pH-värde på 7,0 och eliminerar effektivt inre korrosion. För den negativa elektroden syntetiserade forskarna Hexaketone-tetraaminodibenzo-p-dioxin, en kovalent organisk polymer. Denna plastliknande struktur har elektronavgivande kemiska länkar som säkerställer hög ledningsförmåga och snabb kinetik för lagring av tvåvärda joner. Systemet kompletteras med en positiv elektrod som är formulerad av en preussisk blå-analog.

Tester visade att hela cellen levererar ett spänningsintervall på 2,2 volt och en specifik energi på 48,3 wattimmar per kilogram baserat på elektrodernas och elektrolytens totala massa. Framför allt bibehåller batteriet sin stabilitet under 120.000 laddningscykler med en specifik strömstyrka på 20 ampere per gram. Översatt till en daglig laddningsrutin skulle enheten teoretiskt sett kunna fungera i över 300 år, vilket är betydligt bättre än standardbatterier som bryts ned efter några tusen cykler.

Systemet uppnår en specifik kapacitet på 112,8 milliamperetimmar per gram. Eftersom de interna materialen är giftfria kan batteriet kasseras direkt i enlighet med strikta internationella säkerhetsramar, inklusive USA:s Resource Conservation and Recovery Act och ISO 14001. För att kommersialisera detta nya batteri måste utvecklarna dock övervinna återstående utmaningar relaterade till att skala upp tillverkningsprocessen för organiska polymerer och öka den totala energikapaciteten i trånga utrymmen.