Почему современные батареи не такие уж безвредные и для чего ученые срочно ищут им альтернативы?
Едва ли не главным трендом XXI века считается отказ от ископаемого топлива – по крайней мере, начало этого процесса. Строят ветряные и солнечные электростанции, автопроизводители заявляют о скором прекращении выпуска бензиновых автомобилей, даже авиация экспериментирует с электродвигателями. На первый взгляд, все выглядит неплохо – человечество все меньше загрязняет природу, снижает углеродный след, не выбрасывает в атмосферу продукты сгорания…
Проблема в том, что всю добытую новыми способами электроэнергию нужно где-то хранить, а для этого до сих пор ни придумали ничего, кроме химических батарей. В глобальных масштабах люди уже изобрели гидроаккумулирующие электростанции, накопители на сжатом воздухе и супермаховики. Но все равно каждый электромобиль или гаджет несет в себе химические батареи, принцип работы которых изобретен больше 200 лет назад.
Все бы ничего, но эти аккумуляторы рано или поздно приходят в негодность, утилизировать их сложно и дорого, а в результате на свалках оказываются миллионы тонн ртути, кадмия, магния, свинца и прочих токсичных металлов.
Решить проблему можно, двигаясь в двух направлениях: искать быстрые, дешевые и экологичные способы утилизации либо разрабатывать принципиально новые технологии производства. С первым пунктом пока не все так радужно. На переработку не отправляется и половина всех батарей. Исследователи пытаются найти новые способы разбора батарей на исходники, но пока большого прогресса в этой области не намечается. Зато над вторым пунктом – производством аккумуляторов – бьются лучшие умы человечества и иногда предлагают интересные идеи.
Группа американских химиков разработала и изготовила альтернативную батарею, в основе которой – биологический материал, полученный из панцирей ракообразных. Любой аккумулятор состоит из трех ключевых компонентов: анода, катода и электролита. В современных батареях используются самые разные компоненты, большинство из которых крайне недружелюбны к живым существам. Например, в стандартном элементе питания типа АА используется паста из гидроксида калия – едкого и токсичного вещества.
Экспериментаторы создали электролит на основе хитозана – это производное вещества хитина, из которого состоит экзоскелет ракообразных и насекомых. Мы уже используем его для разных целей: удобряем посевы, очищаем питьевую воду, даже осветляем им пиво. Еще хитозан нетоксичен, он не горит и биоразлагается, поэтому его пробуют применять в 3D-печати органов.
Авторы новой разработки обнаружили, что из этого вещества также получается неплохой электролит. Для его успешной работы нужно добавить в структуру хитозана ионы цинка и использовать электроды из этого же металла. Выяснилось, что подобный аккумулятор показывает вполне приличную энергоемкость, мало деградирует с течением времени и неопасен с точки зрения самовозгораний. К тому же хитозановый электролит полностью разлагается за пять месяцев – это намного быстрее любых других составов, применяемых в современных батареях.
Правда, в конструкции аккумулятора все равно присутствует цинк – тоже достаточно токсичный химический элемент. Но ученые планируют продолжить поиски биоразлагаемых материалов, из которых можно было бы изготовить электроды. Вероятно, такие тоже найдутся в живой природе, и тогда можно будет запасать электричество в батареях, не оказывающих никакого отрицательного воздействия на экологию.
Правда, стоит учесть, что, по прогнозам, к 2030 году во всем мире будет уже около 20 миллионов электромобилей, а количество смартфонов, ноутбуков и прочих гаджетов и вовсе не поддается подсчетам. Если в каждом устройстве будет установлен аккумулятор, изготовленный из панцирей ракообразных, хватит ли в Мировом океане крабов, омаров и креветок, чтобы обеспечить энергией всех желающих?
Николай Гринько m24.ru
