Российские химики генерируют электричество, используя стоки химпроизводств
Конструкцию проточных кислотно-щелочных (нейтрализационных) батарей с возможностью использовать стоки отработанных кислот и щелочей с химических производств предложила группа ученых РХТУ им. Д. И. Менделеева, Центра компетенций НТИ при ИПХФ РАН и ИФХЭ РАН, сообщает 25 августа ТАСС со ссылкой на пресс-релиз РХТУ.
Нейтрализационная батарея — это устройство, которое генерирует ток за счет разности рН (кислотности) двух жидкостей, которыми в конструкции, предложенной российскими химиками, могут стать отходы химических производств.
Принцип, используемый в работе такой батареи, описал сотрудник лаборатории электроактивных материалов и химических источников энергии РХТУ Павел Локтионов:
«Если взять какую-нибудь кислоту и щелочь, например банальные гидроксид натрия NaOH и соляную кислоту HCl, и слить их вместе, то у нас самопроизвольно пойдет реакция нейтрализации. Из NaOH и HCl образуется соль NaCl, а оставшиеся ОН и H сольются в воду H2O. Суммарная энергия, запасенная в химических связях NaCl и H2O ниже, чем суммарная энергия исходной кислоты и щелочи, и поэтому в этой реакции появляется избыток энергии».
В нейтрализационной батарее происходит такая же реакция, но разделенная на две части, которые происходят на разных электродах и в разных емкостях. При этом выделяющаяся энергия реакции нейтрализации преобразуется не в тепло, а в поток электронов, который протекает от анода к катоду.
В предложенной учеными конструкции этот поток закольцован. Истекая от анода он попадает на катод и участвует там в восстановлении катионов водорода. Также закольцован и поток водорода — при заряде он выделяется на катоде и потребляется на аноде.
В центр батареи — третью емкость — приходят катионы Na+ и анионы Cl-, образовавшиеся при диссоциации кислоты и щелочи, и воссоединяются в соль NaCl. Если потоки направить в другую сторону, то батарея начнет заряжаться. Авторы доказали возможность перезарядки такой батареи в своем исследовании.
Ключевую идею батареи предложил сотрудник ИФХЭ РАН Александр Модестов, а реализовал сотрудник Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» Дмитрий Конев. Она заключается в использовании двух водородных электродов, то есть в обеих емкостях происходят реакции с участием водорода, и дают суммарную энергию нейтрализации.
Опытный образец, в котором использовались разбавленные растворы HCl и NaOH, продемонстрировал удельную мощность 6 мВт на кв. сантиметр, что является одним из самых высоких показателей для нейтрализационных батарей.
Статью о результатах своего исследования ученые опубликовали в журнале ChemSusChem.
