Российские исследователи разработали цепочку реакций с участием водорода и хлоратов, которая позволит создать высокоэффективные источники энергии для космических аппаратов, подводных лодок и систем индивидуального перемещения под водой.
«Идея использовать хлораты и броматы в источниках тока для бескислородных условий предложена нашим коллегой Юрием Толмачевым, однако было необходимо найти способ преодолеть их электрохимическую инертность. Достигнутые характеристики хлоратных источников тока открывают перспективы практического использования подобных устройств», – заявил заведующий лабораторией Института физической химии и электрохимии РАН (Москва) Михаил Воротынцев.
На сегодняшний день для питания различных автономных устройств, работающих в космосе или под водой, используются электрические батареи на базе соединений лития и других элементов. Многие из них обладают недостатками: батареи на базе лития быстро изнашиваются и плохо переносят нагрев или охлаждение. Это вынуждает учёных искать новые подходы для производства энергии в подобных условиях.
Исследователи уже длительное время разрабатывают реакции с участием так называемых галогенатов, соединений, состоящих из атомов кислорода и элементов группы фтора. Эти вещества обладают очень высокой окислительной активностью, что делает их интересными кандидатами на роль основы для химических источников электрической энергии.
Как объясняют химики, одним из главных препятствий для использования галогенатов в источниках электроэнергии выступало то, что для их применения были необходимы различные катализаторы, ускоряющие реакции между соединениями кислорода и галогенов и различными типами окисляемых веществ.
Российские учёные обнаружили, что от катализаторов можно избавиться, если использовать водород в качестве «топлива» для химической батареи. В таком случае окислительно-восстановительная реакция внутри нее запускается сама по себе, если через смесь из хлоратов и водорода пропустить небольшой импульс тока или добавить в нее молекулы двуокиси хлора.
В таком случае, как показали учёные, примерно 40% энергии реакций преобразуется в электрический ток, что является очень высоким КПД для источников энергии такого рода. Простота и дешевизна этого подхода позволит применять химические батареи на базе хлоратов не только в дорогостоящих космических аппаратах, но и в дешёвых земных установках, работающих в экстремальных условиях окружающей среды, в которых требуется высокая автономность.
В ближайшее время учёные планируют продолжить эксперименты и подобрать условия, в которых КПД созданных ими источников питания станет ещё выше.
