Учеными Стэнфорда разработана доступная батарея на основе мочевины

Исследователи из Стэнфордского университета разработали новую батарею, которая может революционизировать хранение возобновляемой энергии.

Используя мочевину, доступный, естественный и легко получаемый материал, находящийся в моче млекопитающих и удобрении, исследователи впервые создали батарею, которая является заметно более эффективной, чем все предыдущие версии.

Батарея, созданная профессором химии Университета Стэнфорда Хонджи Дэй (Honjie Dai) и докторантом Майклом Энджеллом (Michael Angell), использует электролит, изготовленный из мочевины – материала, который производится в массовых промышленных количествах для использования в растительных удобрениях.

Невоспламеняющаяся и собранная с электродами из распространенных материалов, таких как алюминий и графит, батарея представляет собой способ недорогого хранения энергии, получаемой из многих источников - в том числе возобновляемых источников энергии.

«Таким образом, по сути, у вас есть батарея, созданная из некоторых самых дешевых и самых распространенных материалов, которые вы можете найти на планете. И она на самом деле имеет хорошую производительность», рассказывает Дэй.

«Кто бы мог подумать, что вы можете взять графит, алюминий, мочевину, и на самом деле сделать аккумулятор, который может работать в течение довольно долгого времени?».

Дэй и его команда были первыми, которые создали перезаряжаемую алюминиевую батарею в 2015 году, она заряжалась менее чем за одну минуту, выдерживала тысячи циклов заряда-разряда. Тем не менее, эта версия батареи имела один существенный недостаток: дорогой электролит.

Последняя версия батареи содержит электролит на основе мочевины и стоит примерно в 100 раз дешевле, чем модель 2015 года, с более высокой эффективностью, но время зарядки составляет 45 минут.

Впервые для создания батареи используется мочевина. По словам Дэя, разница в цене между этими двумя батареями просто огромна. Команда недавно сообщила о своей работе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В отличие от энергии, получаемой из ископаемого топлива, солнечная энергия в основном может быть использована только тогда, когда светит солнце. Панель солнечных батарей передает энергию в электрическую сеть в дневное время. Если эта энергия не потребляется сразу, она теряется в виде тепла.

По мере того как спрос на технологии возобновляемых источников энергии растет, создается потребность в дешевых, эффективных батареях для хранения энергии, которую можно использовать в ночное или облачное время. Современные батареи, такие как литий-ионные или свинцово-кислотные, являются дорогостоящими и имеют ограниченный срок жизни.

Батарея Дэя и Энджелла может обеспечить решение проблемы хранения энергии.

«Это дешево. Это эффективно. Наша цель – это хранение энергиии», сказал Энджелл.

По словам ученого, хранение энергии в сети также является вполне реалистичной целью, из-за низкой стоимости батареи, высокой эффективности и длительного срока службы. Одним из видов эффективности является кулоновская эффективность, она измеряет сколько заряда теряет батарея на единицу заряда, которую она принимает в процессе зарядки. Кулоновская эффективность для этой батареи очень высока - 99,7 процента.

Также эффективные литий-ионные аккумуляторы, которые обычно встречаются в небольшой электронике и других устройствах, могут быть огнеопасны. Батарея на основе мочевины не является воспламеняемой и, следовательно, создает меньше риска.

«Я хотел бы чувствовать себя в безопасности, зная, что батарея на основе мочевины в моем доме не станет причиной пожара», сказал Дэй.

Группа ученых получила лицензию на патенты для батареи для созданной компании AB Systems. Коммерческая версия батареи в настоящее время в процессе разработки.

Чтобы соответствовать всем требованиям хранения энергии в сети, коммерческой батарее нужно будет иметь срок жизни, по крайней мере, десять лет.

По словам Дэя, существует большой спрос на батарею, подходящую для хранения в сети; он получает много писем от фирм или отдельных лиц, заинтересованных в разработке алюминиевых батарей. И с разрабатываемой технологией ее успех зависит только от интереса компаний и потребителей.

«С помощью этой батареи мечта солнечной энергии, которая будет храниться в каждом доме станет реальностью», сказал Дэй. «Может быть, это изменит обыденную жизнь. Мы не знаем».

Это исследование поддерживается Министерством энергетики, The Global Networking Talent 3.0 Plan, the Ministry of Education of Taiwan and the Taishan Scholar Project.