Современные литий-ионные аккумуляторы обеспечивают высокую плотность энергии для смартфонов, ноутбуков и другой электроники, однако они имеют существенные недостатки. Перегрев или физическое повреждение внутренних ячеек приводит к явлению теплового разгона, что провоцирует пожары, взрывы или выбросы опасных токсичных газов. Помимо вопросов безопасности, утилизация таких источников питания остается экологически сложной процедурой из-за использования токсичных компонентов, требующих специальной переработки после завершения короткого цикла эффективной эксплуатации устройств.
Альтернативой выступают водные аккумуляторные батареи, где в качестве электролита применяются негорючие смеси на основе воды. Ранее технология сталкивалась с проблемой коррозии и нежелательных химических реакций, которые значительно сокращали срок службы изделий. Исследователи из Китая разработали метод решения этих трудностей, соединив специальный органический полимер с нейтральным электролитом. Вместо кислотных или щелочных растворов ученые применили смесь воды с магниевыми или кальциевыми солями, химический состав которых подобен веществам, используемым в процессе коагуляции соевого молока для производства тофу.
В ходе лабораторных испытаний экспериментальные образцы батарей прошли 120 000 циклов заряда и разряда без потери работоспособности. При расчете одного полного цикла в сутки такой показатель теоретически обеспечивает функционирование накопителя энергии в течение 329 лет. Во время тестирования версий с хлоридом магния аккумулятор сохранил около 72 процентов своей начальной емкости. Этот результат указывает на возможность значительного продления срока эксплуатации портативной техники и стационарных систем накопления электроэнергии в будущем.
Технология водных батарей имеет высокий потенциал для использования в масштабах энергосетей, в частности для хранения энергии, произведенной солнечными и ветровыми станциями. Стабильность циклов зарядки позволяет эффективно аккумулировать энергию в течение светового дня и использовать ее в периоды отсутствия возобновляемых источников. Внедрение таких систем в домашние энергосети обеспечит долговременную автономность потребителей, поскольку способность батареи выдерживать большое количество циклов устраняет потребность в частой замене аккумуляторов, которые обычно деградируют после нескольких лет эксплуатации.
Помимо длительного срока службы, изделия на водной основе значительно безопаснее для окружающей среды при утилизации. Использованные электродные материалы и электролиты подлежат переработке, а отсутствие токсичных веществ минимизирует негативное влияние на экосистемы при попадании в отходы. Китайские исследователи утверждают, что после окончания чрезвычайно долгого срока службы эти аккумуляторы можно утилизировать с минимальными экологическими последствиями, что делает их перспективной заменой для распространенных сегодня литиевых элементов питания во многих бытовых и промышленных устройствах.
