Ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева, ИПХФ РАН и ИФХЭ РАН создали устройство, способное генерировать электричество за счет разности рН двух жидкостей. Нейтрализационная батарея работает на стоках отработанных кислот и щелочей с химических производств. Конструкцию проверили на разбавленных растворах HCl и NaOH.
Нейтрализационные батареи уступают по характеристикам другим видам: мощности при разряде не так велики и объемы энергии сохраняются небольшие, но важным преимуществом считается стоимость электролитов. Устройства могут использовать практически любые жидкости для выработки энергии:
«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 этой реакции появляется избыток энергии, который рассеивается вместе с теплом. Проще говоря стакан, в котором мы смешали исходные реагенты нагревается. В нейтрализационной батарее мы проводим точно ту же реакцию, но только разбиваем ее на две полуреакции и разносим их в пространстве…», - поясняет один из авторов исследования, сотрудник лаборатории ЭМХИТ РХТУ Павел Локтионов.
Ученые также проанализировали, как на характеристики новой нейтрализационной батареи влияет концентрация используемой кислоты и щелочи и какова структура каталитической поверхности электродов, на которых протекают реакции.
«По сравнению с другими накопителями энергии у нас получились скромные показатели - например те же литий-ионные аккумуляторы дают плотность энергии где-то до 600 Вт-ч/л. Но среди именно нейтрализационных батарей мы наоборот получили очень неплохие цифры, а теперь стараемся их улучшить. Так, плотность хранимой энергии можно поднять в разы за счет увеличения концентрации электролитов - мы использовали растворы кислоты и щелочи концентрацией 1 моль на литр, хотя их предельная растворимость гораздо больше. А удельную мощность можно заметно повысить если еще поработать с электродными поверхностями. После таких доработок нейтрализационная батарея вполне может найти свою нишевую область применений», - оценил разработку Павел Локтионов.
К тому же нейтрализационная батарея - вторичный источник тока, который не только отдает энергию, но и возобновляет ее, «заряжаясь» повторно. В перспективе такая батарея может использовать более концентрированные растворы или другие электролиты. Сейчас ученые готовят патент на разработку. Результаты исследования опубликованы в журнале ChemSusChem.
Источник: РХТУ
Фото на странице и на главной странице сайта: israel palacio / Фотобанк Unsplash
