Дешевые протонные батареи конкурируют с литиевыми по плотности энергии

Сравнительно с литий-ионными батареями, которые установлены в Tesla Model 3, показатель составляет примерно 260 с лишним Вт-ч/кг, но без применения лития.

По сути, это другой способ использования водорода для хранения энергии. Протонная батарея работает как обратимый топливный элемент, принимая во время зарядки воду и выделяя кислород, отсекая положительно заряженные ионы водорода.

На данном этапе водородные системы позволяют ионам объединиться в газ H2 и затем используют энергию для его сжатия, дальнейшей переработки в аммиак или переохлаждения для сжижения.

В протонных батареях накопление водорода происходит непосредственно в порах твердых электродов, сделанных из активированного угля, который пропитан разбавленной кислотой. Батареи разряжаются за счет добавления кислорода и высвобождения энергии в процессе производства воды.

В своей новой работе ученые из RMIT проанализировали механизм действия протонной батареи, в частности, реакции на стороне кислорода, и решили его усовершенствовать. Они провели вакуумную сушку порошка активированного угля перед подготовкой электродов для удаления воды из материала, умеренно нагрели батарею во время работы до 70 °C и заменили газодиффузионный слой (ГДС) на более тонкий лист ГДС-волокна.

В итоге исследователи выяснили, что у протонного аккумулятора появилась способность накапливать в 3 раза больше энергии, чем до усовершенствования. Это в два раза выше самого большого показателя электрохимических накоплений водорода при использовании кислой электролитной основы, о котором известно.

При плотности в 882 Дж/г это соответствует примерно 245 Вт-ч/кг. А это уже уровень современных качественных коммерческих литиевых батарей.

Протонные батареи будут иметь ряд преимуществ, когда появятся в продаже. Транспортировка водорода производится стабильно и безопасно в отличие от газа, который находится под высоким давлением, едкого аммиака или постоянно кипящей криогенной жидкости.

Такие батареи будут долго служить и быстро заряжаться, стоить относительно дешево, так как при их изготовлении не используется литий, другие экзотические материалы и дорогие технологии. При этом они без сложностей поддаются вторичной переработке.