Milieuvriendelijke waterbatterij kan eeuwen meegaan

Traditionele accu's zijn sterk afhankelijk van agressieve, bijtende zuren en alkaliën die de interne componenten aantasten en ernstige risico's op milieuverontreiniging met zich meebrengen wanneer ze worden weggegooid. Om hier iets aan te doen, hebben onderzoekers van de City University of Hong Kong en de Southern University of Science and Technology een goedaardig alternatief voor waterige batterijen ontwikkeld.

Het nieuwe ontwerp vervangt giftige vloeistoffen door een elektrolyt dat bestaat uit neutrale magnesium- en calciumzouten - mineralen die vaak worden gebruikt in tofu-pekel. Deze oplossing, die op een neutrale pH van 7,0 wordt gehouden, elimineert op effectieve wijze interne corrosie. Voor de negatieve elektrode synthetiseerden wetenschappers hexaketon-tetraaminodibenzo-p-dioxine, een covalent organisch polymeer. Deze plasticachtige structuur heeft elektron-donerende chemische verbindingen die zorgen voor een hoge geleidbaarheid en snelle kinetiek voor de opslag van tweewaardige ionen. Het systeem wordt gecompleteerd met een positieve elektrode die is samengesteld uit een Pruisisch blauw analoog.

Tests wezen uit dat de volledige cel een spanningsinterval van 2,2 volt en een specifieke energie van 48,3 wattuur per kilogram levert, gebaseerd op de totale massa van de elektroden en elektrolyt. Het meest opmerkelijke is dat de batterij stabiel blijft gedurende 120.000 laadcycli bij een specifieke stroom van 20 ampère per gram. Vertaald naar een dagelijkse oplaadroutine zou het apparaat theoretisch meer dan 300 jaar kunnen werken, waarmee het veel beter presteert dan standaardbatterijen die na een paar duizend cycli degraderen.

Het systeem bereikt een specifieke capaciteit van 112,8 milliampère-uur per gram. Omdat de interne materialen niet giftig zijn voor het milieu, kan de batterij direct worden weggegooid volgens strikte internationale veiligheidskaders, waaronder de Resource Conservation and Recovery Act van de Verenigde Staten en ISO 14001. Om deze nieuwe batterij op de markt te kunnen brengen, moeten de ontwikkelaars echter de resterende uitdagingen overwinnen die te maken hebben met het opschalen van het productieproces van organisch polymeer en het vergroten van de totale energiecapaciteit in kleine ruimtes.