Apa și electronicele nu se amestecă de obicei, dar se pare că bateriile ar putea beneficia de nișteH2O. Prin înlocuirea cu apă a electroliților chimici periculoși utilizați în bateriile comerciale, oamenii de știință au dezvoltat o „baterie cu apă” reciclabilă – și au rezolvat problemele cheie ale tehnologiei emergente, care ar putea fi o alternativă mai sigură și mai ecologică. „Bateriile cu apă” sunt cunoscute sub denumirea oficială de baterii cu ioni metalici apoși. Aceste dispozitive utilizează metale precum magneziul sau zincul, care sunt mai ieftine 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 capătul pozitiv al bateriei (catodul) la capătul negativ (anodul). Ele consumă energie atunci când electronii circulă în sens invers. Lichidul din baterie are rolul de a transfera electronii înainte și înapoi între cele două capete. Într-o baterie cu apă, fluidul electrolitic este apă cu câteva săruri adăugate, în loc de acid sulfuric sau sare de litiu. În mod esențial, echipa din spatele acestui ultim progres a găsit o modalitate de a împiedica scurtcircuitarea acestor baterii cu apă. Acest lucru se întâmplă atunci când pe anodul metalic din interiorul unei baterii se formează mici excrescențe metalice țepoase numite dendrite, care sparg compartimentele bateriei. Deși este puțin probabil ca noua tehnologie să înlocuiască în curând bateriile litiu-ion, cu cercetări și dezvoltări suplimentare, bateriile cu apă ar putea oferi o alternativă sigură la cele litiu-ion în aproximativ un deceniu, afirmă autorul principal, Tianyi Ma, chimist la Universitatea RMIT din Melbourne, Australia. Bateriile litiu-ion, care se găsesc în orice, de la laptopuri și telefoane la biciclete și mașini electrice, se pot supraîncălzi și pot lua foc în cazuri extreme. Acest lucru se datorează faptului că litiul este un metal destul de activ, care este scufundat într-un electrolit organic. Din cauza acestor probleme de siguranță, cercetătorii încearcă de mult timp să conceapă baterii care să utilizeze materiale diferite, dar care să producă aceleași performanțe și să aibă o longevitate similară. Un obstacol major în calea utilizării bateriilor apoase cu ioni metalici a fost creșterea dendritelor. Pentru a inhiba acest lucru, cercetătorii au acoperit anodul de zinc al bateriei cu bismut metalic, care se oxidează pentru a forma rugină. Acest lucru creează un strat protector care împiedică formarea dendritelor. Această caracteristică ajută, de asemenea, prototipurile bateriilor cu apă să dureze mai mult, păstrându-și mai mult de 85 % din capacitate după 500 de cicluri, au arătat experimentele cercetătorilor. Potrivit lui Royce Kurmelovs de la The Guardian, echipa a dezvoltat până în prezent prototipuri pe bază de apă ale bateriilor de mărimea unei monede utilizate în ceasuri, precum și baterii cilindrice similare bateriilor AA sau AAA. Echipa lucrează pentru a îmbunătăți densitatea energetică a bateriilor lor cu apă, pentru a le face comparabile cu bateriile compacte litiu-ion care se găsesc în dispozitivele de buzunar. Magneziul este materialul preferat, mai ușor decât zincul și cu o densitate energetică potențială mai mare. Ma spune că, dacă bateriile magneziu-ion pot fi comercializate, tehnologia ar putea înlocui bateriile voluminoase plumb-acid în câțiva ani. Bateriile plumb-acid au o densitate energetică scăzută și sunt utilizate pentru pornirea motoarelor mașinilor pe benzină sau diesel și pentru stocarea energiei la scară largă în rețea. Cu toate acestea, deoarece conțin plumb și acizi periculoși, acestea nu pot fi eliminate și trebuie reciclate în instalații specializate.
Reciclarea sau reutilizarea bateriilor litiu-ion reprezintă, de asemenea, o prioritate absolută, având în vedere creșterea preconizată a cererii de baterii și de metale utilizate pentru fabricarea acestora, pe măsură ce lumea își electrifică sistemele energetice pentru a elimina treptat combustibilii fosili și a combate schimbările climatice. „Abordând provocările legate de eliminarea la sfârșitul ciclului de viață cu care se confruntă consumatorii, industria și guvernele la nivel global în ceea ce privește tehnologia actuală de stocare a energiei, bateriile noastre pot fi dezasamblate în siguranță, iar materialele pot fi reutilizate sau reciclate”, spune Ma. În ceea ce privește aplicațiile practice, cercetătorii au conectat modelul lor de baterie la un panou solar și la o lampă solară de 45 de wați, pe care bateria a ținut-o aprinsă timp de 12 ore după o zi de încărcare. Aceasta este o demonstrație la scară mică a potențialului „bateriilor de apă” de a fi utilizate pentru stocarea energiei regenerabile, care ar trebui să încurajeze continuarea cercetărilor. Studiul a fost publicat în Advanced Materials.