Широкое производство электричества требует большого количества энергонакопителей. К обычным литий-ионным, свинцово-кислотным и водородным накопителям добавились нейтрализационные батареи, способные аккумулировать энергию из разных жидкостей.
Кислота + щелочь
Российские химики создали конструкцию нейтрализационной батареи, производящей электричество благодаря разности показателей кислотности двух жидкостей, например промышленных стоков кислот и производственных щелочей.
Принцип работы устройства заключается в том, что спецжидкости с различным уровнем pH пропускаются через разные внутренние резервуары. Жидкости не сливаются вместе, но участвуют в электрохимических процессах, производный материал которых перемещаются из одного сосуда в другой. Подобное циркулирование веществ способствует выделению или запасанию энергии.
Ученые изучили принцип действия устройства на растворах соляной кислоты (HCl) и гидроксида натрия (NaOH). В рабочих емкостях совершались реакции с присутствием водорода, за счет чего суммировалась энергия нейтрализации.
Как объясняют химики, от слияния кислоты и щелочи самопроизвольно происходит нейтрализация. Например, из NaOH и HCl получается соль NaCl, а OH и H сливаются в воду H²O. Суммарная энергия химической связи соли и воды ниже чем в исходных кислоте и щелочи, поэтому получается избыток энергии, рассеивающийся совместно с теплом.
В нейтрализационном устройстве происходит похожий процесс, только изначально разделенный на две полуреакции, текущих на разных электродах. В этом случае энергия появляется не в качестве тепла, а в виде электронов, рождающихся одной полураекцией и потребляемых другой.
Разрядилась? Не проблема!
Авторы проекта подтвердили возможность перезарядки батареи. Дело в том, что поток водорода в конструкции проходит цикл: выходит слева на катоде при заряде и расходится справа на аноде. Также циркулируют и электроны, только появляются справа на аноде, направляются во внешнюю цепь, а после совершения полезного действия поступают на катод для участия в восстанавливающей реакции H+.
В среднюю часть устройства прибывают ионы Na+ и Cl-, полученные в результате кислотно-щелочной диссоциации, тут они соединяются в NaCl. Закольцованные потоки возможно устремить в другую сторону, тем самым зарядить батарею.
Сплошные плюсы
Нейтрализационная батарея работает с высоким показателем удельной мощности − 6 мВт/см². Устройство выгодно отличается от прочих энергонакопителей, так как позволяет экономить на стоимости электролитов. В качестве производного материала можно использовать производственные химические отходы и даже соленую морскую воду.
