Учёные из Университетского колледжа Лондона (University College London, UCL) разработали новый состав электролита, который позволяет существенно повысить энергоёмкость водных аккумуляторов на основе йода. Разработка может приблизить появление более безопасных и экологичных систем хранения энергии, способных стать альтернативой традиционным литий-ионным батареям.
Главная особенность технологии — возможность задействовать четыре электрона вместо двух в электрохимических реакциях йода. Благодаря этому аккумулятор получает возможность запасать значительно больше энергии, не прибегая к использованию агрессивных химических соединений.
Почему учёные ищут альтернативу литий-ионным батареям?
Масштабные системы хранения энергии становятся важнейшей частью современной энергетики. По мере распространения солнечных и ветровых электростанций возникает необходимость накапливать избыточную электроэнергию, чтобы использовать её в периоды, когда солнце не светит, а ветер не дует.
Сегодня для таких задач широко применяются литий-ионные аккумуляторы. Однако у этой технологии есть определённые недостатки. В частности, литий-ионные батареи могут представлять пожарную опасность, а их производство требует добычи ограниченных природных ресурсов, включая кобальт. Это создаёт дополнительную нагрузку на окружающую среду.
Одним из перспективных направлений стали водные аккумуляторы — системы, в которых вместо традиционных органических растворителей используется электролит на водной основе.
Их преимущества очевидны: такие батареи потенциально безопаснее, менее подвержены возгоранию и могут быть более экологичными. Но есть и существенная проблема: сравнительно низкая плотность запасаемой энергии. Иными словами, при одинаковых размерах водный аккумулятор обычно способен хранить меньше энергии, чем литий-ионный.
Именно это ограничение попыталась преодолеть команда исследователей из UCL.
Как работает новая технология йодного аккумулятора?
В центре разработки находится йод — химический элемент, который может участвовать в электрохимических реакциях и служить активным материалом аккумулятора.
Ключевое отличие нового подхода заключается в изменении механизма преобразования йода. В традиционных системах такого типа в процессе зарядки и разрядки обычно задействованы два электрона. Британские исследователи нашли способ организовать четырёхэлектронный процесс.
Почему это важно? Количество электронов, участвующих в электрохимической реакции, напрямую влияет на то, сколько электрического заряда может принять или отдать активный материал. Переход от двух электронов к четырём фактически позволяет увеличить энергетическую ёмкость йодного компонента.
Однако добиться этого оказалось непросто.
Одна из форм йода, так называемые гипервалентные катионы йода (I⁺), отличается высокой химической активностью в водной среде. Это создаёт риск нежелательных побочных реакций, которые могут нарушать стабильность аккумулятора и снижать его эффективность.
Ранее для решения проблемы использовали электролиты с очень высокой концентрацией галогенсодержащих соединений. Они помогали подавлять нежелательные реакции, но сами по себе имели серьёзные недостатки: были коррозионно-активными, дорогими и сложными в производстве.
Команда UCL предложила другой путь.
Новый электролит: управление химическими реакциями на молекулярном уровне
Вместо того чтобы использовать агрессивные и высококонцентрированные растворы, исследователи разработали принципиально новую химическую систему электролита.
Её работа основана на управлении непосредственным молекулярным окружением йода. Для этого используются разные молекулы, выполняющие две основные функции.
Одни из них препятствуют непосредственному взаимодействию воды с йодом, снижая вероятность нежелательных реакций. Другие связываются с химически активными формами йода, помогая стабилизировать их в процессе работы аккумулятора.
Таким образом, учёные смогли создать условия, при которых йод может участвовать в четырёхэлектронных реакциях, сохраняя необходимую химическую стабильность.
Особенно важно, что новый электролит не требует применения прежних агрессивных галогенсодержащих составов. Это потенциально упрощает производство аккумуляторов и открывает возможности для создания более доступных систем хранения энергии.
Испытания подтвердили стабильность аккумуляторов
Исследователи проверили новую технологию не только на одном лабораторном образце, но и в нескольких конструктивных вариантах аккумуляторных ячеек.
В частности, испытания проводились с использованием пакетных элементов (pouch cells), которые применяются в ноутбуках и мобильных устройствах, а также небольших круглых ячеек (coin cells), характерных для компактной электроники.
Отдельное внимание уделили долговечности технологии.
В ходе испытаний цинк-йодные аккумуляторы продемонстрировали высокую стабильность: даже после нескольких тысяч циклов зарядки и разрядки они сохраняли практически всю первоначальную ёмкость.
Это важный результат. Ведь высокая энергоёмкость сама по себе ещё не делает аккумулятор перспективным для практического применения. Не менее важно, чтобы батарея могла выдерживать многократные циклы эксплуатации без существенной потери характеристик.
Кроме того, исследователи считают, что предложенный подход можно адаптировать и для алюминий-йодных аккумуляторов. Это означает, что разработка потенциально применима не только к одной конкретной конструкции батарей, но и к более широкому классу перспективных систем хранения энергии.
Когда технология появится в реальных энергетических системах?
Несмотря на обнадёживающие результаты, до массового коммерческого применения разработки ещё предстоит пройти определённый путь.
Профессор кафедры химии UCL Гуаньцзе Хэ (Guanjie He), руководивший исследованием, отметил, что новая химическая система может приблизить водные аккумуляторы к коммерциализации и широкому внедрению.
Однако следующим этапом станут испытания технологии в более крупных масштабах и проверка её характеристик в условиях, приближенных к реальной эксплуатации.
Первый автор исследования, доктор Жуйвэй Чэнь (Ruwei Chen), подчеркнул, что переход от традиционных высококонцентрированных электролитов открывает возможности для создания более практичных, доступных и экологичных водных аккумуляторов.
По его словам, для разработки эффективных перезаряжаемых йодных батарей недостаточно просто обеспечить стабильность основных химических компонентов. Необходимо также понимать, как они взаимодействуют с водным электролитом и как эти взаимодействия меняются в процессе зарядки и разрядки.
Результаты исследования опубликованы 13 ноября 2026 года в научном журнале Nature под названием «Негалогенные водные электролиты для четырёхэлектронного преобразования йода» (Non-halogen aqueous electrolytes for four-electron iodine conversion).
Новый шаг к безопасному и доступному хранению энергии
Разработка британских учёных демонстрирует, что повышение энергоёмкости аккумуляторов не обязательно должно сопровождаться усложнением химического состава или использованием более агрессивных веществ.
Управляя молекулярным окружением йода, исследователи смогли изменить сам механизм электрохимической реакции и добиться более эффективного использования активного материала.
Если дальнейшие испытания подтвердят результаты лабораторных экспериментов, водные цинк-йодные и алюминий-йодные аккумуляторы могут занять важное место в системах стационарного хранения энергии. Особенно перспективным выглядит их применение в крупных энергетических хранилищах, работающих совместно с солнечными и ветровыми электростанциями.
До появления коммерческих решений ещё предстоит решить ряд инженерных задач. Но главное препятствие — низкая энергоёмкость водных аккумуляторов — благодаря новой разработке может оказаться не таким непреодолимым, как считалось ранее.
