Bateriile pe bază de apă sunt cunoscute oficial ca baterii apoase cu ioni metalici. Aceste dispozitive folosesc metale precum magneziu sau zinc, care sunt mai ieftin de asamblat și mai puțin toxice decât materialele utilizate în prezent în alte tipuri de baterii.
Bateriile stochează energie prin crearea unui flux de electroni care se deplasează de la polul negativ al bateriei (catodul) la polul pozitiv (anodul). Ele consumă energie atunci când electronii se deplasează în sens invers. Fluidul din baterie este utilizat pentru a transfera electronii înainte și înapoi între ambele capete ale bateriei.
Într-o baterie cu apă, fluidul electrolitic este apă cu câteva săruri adăugate, în loc de acid sulfuric sau sare de litiu ca în bateriile obişnuite.
Important este că echipa din spatele acestei cercetări a găsit şi o modalitate de a preveni scurtcircuitarea acestor baterii. Acest lucru se întâmplă atunci când pe anodul metalic din interiorul bateriei se formează mici excrescențe metalice numite dendrite, care se sparg/explodează prin compartimentele bateriei.
Deși este puțin probabil ca noua tehnologie să înlocuiască bateriile cu litiu-ion în curând, odată cu cercetările și dezvoltările ulterioare, bateriile cu apă ar putea oferi o alternativă sigură la cele cu litiu-ion într-un deceniu și ceva, susţine autorul principal, chimistul Tianyi Ma de la RMIT Universitatea din Melbourne, Australia.
Bateriile litiu-ion, care se găsesc practic în orice, de la laptopuri și telefoane până la biciclete și mașini electrice, se pot supraîncălzi și, în cazuri extreme, iau foc. Acest lucru se produce din cauza faptului că litiul este un metal destul de activ fiind scufundat într-un electrolit organic.
Ca urmare a acestor preocupări legate de siguranță, cercetătorii încearcă de mult timp să creeze baterii care utilizează materiale diferite, având aceeași performanță și o longevitate similară.
Un obstacol major în calea utilizării bateriilor apoase cu ioni metalici a fost formarea dendritelor. Pentru a inhiba acest lucru, cercetătorii au acoperit anodul de zinc al bateriei cu bismut, care se oxidează formând rugina. Acest lucru creează un strat protector care oprește formarea dendritelor.
Prin această caracteristică prototipurile bateriilor pe bază de apă au durat mai mult, păstrând mai mult de 85% din capacitatea lor după 500 de cicluri de funcţionare, au arătat experimentele cercetătorilor.
Potrivit lui Royce Kurmelovs de la The Guardian, echipa de cercetători a dezvoltat până acum prototipuri pe bază de apă ale unor baterii de mărimea unei monede, precum cele utilizate în ceasuri, dar și baterii cilindrice similare bateriilor AA sau AAA.
Cercetătorii lucrează pentru a îmbunătăți densitatea energetică a bateriilor pe baza de apă, pentru a le face comparabile cu bateriile compacte cu litiu-ion utilizate în dispozitivele de buzunar.
Magneziul este materialul preferat, fiind mai ușor decât zincul şi cu o potențială densitate de energie mai mare. Tianyi Ma spune că dacă bateriile cu ioni de magneziu pot fi comercializate, noua tehnologie ar putea înlocui bateriile voluminoase cu plumb-acid în câțiva ani.
Bateriile cu plumb-acid au o densitate redusă de energie și sunt folosite pentru pornirea motoarelor auto pe benzină sau diesel și pentru stocarea energiei, la scară mare, în rețelele electrice. Cu toate acestea, deoarece conțin plumb și acizi periculoși, ele nu pot fi eliminate cu uşurinţă și trebuie reciclate în unități specializate.
Reciclarea sau reutilizarea bateriilor litiu-ion este, de asemenea, o prioritate de vârf, având în vedere creșterile preconizate ale cererii pentru baterii și metale utilizate la fabricarea acestora, deoarece tendinţa este de electrificare a sistemelor energetice pentru a elimina treptat combustibilii fosili și a combate schimbările climatice.
„Abordând problema eliminării bateriilor actuale la sfârșitul vieții cu care se confruntă consumatorii, industria și guvernele la nivel global, bateriile noastre pot fi dezasamblate în siguranță, iar materialele lor pot fi reutilizate sau reciclate”, susţine Tianyi Ma.
În ceea ce privește aplicațiile practice, cercetătorii au conectat prototipul unei baterii pe bază de apă la un panou solar și o lampă solară de 45 de wați, pe care bateria a menținut-o iluminată timp de 12 ore după o zi de încărcare. Aceasta este o demonstrație la scară mică a potențialului bateriilor pe bază de apă de a fi utilizate pentru stocarea energiei regenerabile, ceea ce ar trebui să încurajeze şi mai multe cercetări.
