Одна из проблем, связанных с нашим постоянным переходом на возобновляемые источники энергии, связана с тем, как мы ее храним: современные литиевые батареи, содержащие металл, в настоящее время хорошо служат нам, но сами по себе несут проблемы устойчивости. Ученые изучают альтернативные, более экологичные химические соединения, и команда Техасского университета A&M только что выдвинула интересного кандидата, демонстрирующего безметалловую батарею, которую можно поместить в кислотные растворы для разложения по мере необходимости.
Растущий спрос на электронные устройства и электромобили означает растущий спрос на литий-ионные батареи, которые зависят от тяжелых металлов, которые не так легко добыть. Кобальт, например, страдает от этических проблем, связанных с добычей полезных ископаемых с использованием детского труда в Африке, а также с ухудшением состояния окружающей среды и загрязнением водоснабжения. Кроме того, эти материалы трудно отделить и восстановить по окончании срока службы батареи.
«Большая проблема с литий-ионными аккумуляторами прямо сейчас заключается в том, что они не перерабатываются в той степени, которая нам понадобится для будущей экономики электрифицированного транспорта», — говорит доктор Джоди Луткенхаус, автор исследования. «Уровень утилизации литий-ионных аккумуляторов сейчас исчисляется однозначными числами. Литий-ионный аккумулятор содержит ценный материал, но его очень сложно и энергоемко восстанавливать ».
Эти проблемы побудили таких исследователей, как Lutkenhaus, исследовать архитектуру безметалловых батарей, и одним из ярких примеров является прототип батареи для морской воды, разработанный IBM. Ученые Техасского университета A&M вместо этого использовали электрохимически активные цепи аминокислот, называемые окислительно-восстановительными активными полипептидами, для создания двух электродов батареи, которые передают энергию вперед и назад, когда устройство заряжается и разряжается.
При тестировании органическая батарея отметила несколько важных пунктов. Прежде всего, эти электроды выполняли свою роль активных материалов во время работы, оставаясь стабильными во всем. А затем компоненты смогли разложиться, подвергнув их воздействию кислых условий, в результате чего аминокислоты и другие доброкачественные продукты разложения могли быть повторно использованы или оставлены для безвредного растворения в окружающей среде.
«Отходя от лития и работая с этими полипептидами, которые являются компонентами белков, мы действительно попадаем в сферу не только отказа от добычи драгоценных металлов, но и открывая возможности для питания носимых или имплантируемых электронных устройств, а также легко утилизируйте новые батареи », — говорит автор исследования доктор Карен Вули. «Они [полипептидные батареи] поддаются разложению, они пригодны для вторичной переработки, они нетоксичны и более безопасны во всех отношениях».
На начальном этапе исследования ученые рассматривают его как многообещающий первый шаг в разработке экологически безопасных аккумуляторов, и теперь они стремятся улучшить конструкцию с помощью машинного обучения.
Исследование было опубликовано в журнале Nature .