Rusijos mokslininkai sukūrė bateriją, maitinamą cheminėmis atliekomis

Mokslininkai sukūrė neutralizuojančią bateriją, pagrįsta praskiestais HCl ir NaOH tirpalais, nes pagrindinė idėja buvo panaudoti vandenilio elektrodus

VILNIUS, rugpjūčio 29 — Sputnik. Rusijos chemikai sukūrė neutralizavimo bateriją — prietaisą, galintį gaminti elektros energiją naudojant dviejų skysčių pH skirtumą, pavyzdžiui, apdorotų rūgščių ir šarmų iš chemijos gamyklų nuotėkius. Tyrimo rezultatai paskelbti žurnale "ChemSusChem".

Tyrime dalyvavo Rusijos Mendelejevo chemijos technikos universiteto, Rusijos mokslo akademijos Cheminės fizikos problemų instituto ir Rusijos mokslo akademijos Fizinės chemijos ir elektrochemijos instituto chemikai.

Neutralizuojančios baterijos, kurioje energija gaunama dėl dviejų skysčių, vadinamų elektrolitais, pH reikšmių skirtumo, koncepcija atsirado praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje, tačiau nebuvo pakankamai išvystyta dėl to, kad tokios baterijos nesuteikia didelės galios išlydžio metu ir negali kaupti didelio energijos kiekio. Tačiau jie turi vieną pranašumą — mažą elektrolitų kainą, nes kaip elektrolitus galima naudoti cheminės gamybos atliekas ir net jūros vandenį.

Neutralizuojančios baterijos veikimo principas grindžiamas tuo, kad du skysčiai, kurių pH skiriasi, yra siurbiami per skirtingas talpas baterijos viduje. Jie fiziškai nesusimaišo tarpusavyje, tačiau įeina į elektrochemines reakcijas, kurių produktai pereina iš vienos talpos į kitą. Dėl tokios savitos medžiagų apytakos energija išsiskiria arba, atvirkščiai, kaupiama.

Mokslininkai sukūrė neutralizuojančios baterijos, pagrįstos praskiestais HCl ir NaOH tirpalais, konstrukciją. Pagrindinė idėja buvo naudoti vandenilio elektrodus. Dėl to abiejose talpose vyksta reakcijos, kuriose dalyvauja vandenilis, ir bendra neutralizavimo energija susidaro būtent iš jų.

"Jei paimtume kažkokią rūgštį ir šarmus, pavyzdžiui, banalų natrio hidroksidą NaOH ir druskos rūgštį HCl, ir juos sujungti, tada savaime prasidės neutralizavimo reakcija. Iš NaOH ir HCl susidaro druska NaCl, o likę OH ir H susilies į vandenį H2O. Bendra energija, kaupiama cheminiuose NaCl ir H2O ryšiuose, yra mažesnė nei bendra pradinės rūgšties ir šarmų energija, todėl šioje reakcijoje atsiranda energijos perteklius, kuris išsisklaido kartu su šiluma. Paprasčiau sakant, stiklinė, kurioje sumaišome pradinius reagentus, įkaista", — Rusijos Mendelejevo chemijos technikos universiteto pranešime spaudai pateikiami vieno iš darbo autorių, elektroaktyvių medžiagų ir cheminių energijos šaltinių laboratorijos darbuotojo Pavlo Loktionovo žodžiai.

"Neutralizuojančioje baterijoje mes atliekame lygiai tą pačią reakciją, bet tik suskaidome ją į dvi dalines reakcijas ir paskleidžiame jas erdvėje. Viena tokia reakcija vyksta ant vieno elektrodo, kita — ant kito, o kartu jos duoda ta pačią neutralizavimo reakciją, tačiau čia energija išsiskiria ne šilumos, o elektronų pavidalu, kurie susidaro vienoje dalinėje reakcijoje ir sunaudojami kitoje. Iš pradžių ši idėja atrodo kaip kažkoks triukas, gudrybė, kurios metu elektra gaunama iš beveik nieko, bet tada pamatai, kad baterija veikia: ji kaupia ir išleidžia elektrą visiškai pagal formules ir sveiką protą", — aiškina mokslininkas.

Vandenilio srautas šioje sistemoje yra žiedinis — esant krūviui, jis išleidžiamas kairėje — katode ir sunaudojamas dešinėje — anode. Tokiu pačiu būdu sukamas elektronų srautas — jie priešingai, išsiskiria dešinėje — anode, eina į išorinę grandinę, ten atlieka naudingą darbą, o paskui ateina į katodą dalyvauti H+ atnaujinimo reakcijoje. Galiausiai, į trečiąją baterijos dalį, esančią viduryje, ateina Na+ ir Cl- jonai, susidarę rūgšties ir šarmų dalijimosi metu. Ten jie susijungia ir sudaro druską NaCl, kaip ir turi būti neutralizavimo reakcijoje. Be to, visi šie srautai gali būti nukreipti priešinga kryptimi, tada baterija ne išsikraus, o įkraus.

Autoriai įrodė esminę tokio prietaiso perkrovimo galimybę, o jo specifinė galia buvo 6 mW / cm2 — tai vienas aukščiausių rodiklių tarp neutralizavimo baterijų.