Исследователи из Китая создали электролит, который позволяет олову в водной проточной батарее обратимо проходить реакцию с передачей четырёх электронов. Работа опубликована 9 октября 2026 года в журнале Nature Chemistry. В испытаниях 20-ячеечного стека мощностью около 800 Вт команда сообщила о более чем 260 циклах зарядки и разрядки за 1000 часов.

Как хлорид и иодид работают вместе

В процессе зарядки ион олова Sn⁴⁺ сначала принимает два электрона и превращается в Sn²⁺, а затем получает ещё два и становится металлическим оловом Sn⁰. В кислой среде первый переход обычно трудно обратить, поэтому батарея не использует всю потенциальную ёмкость олова.

Команда Юэ Ао изучила растворы с хлоридами и иодидами с помощью электрохимических экспериментов и молекулярного моделирования. Хлорид-ионы помогают удерживать олово в растворе в виде комплекса SnCl₆²⁻. Иодид-ионы образуют комплекс SnI₆²⁻, который снижает энергию, необходимую для перестройки окружения атома олова при переносе электрона. Благодаря этому реакция легче идёт в обе стороны.

Один иодид не решает задачу: соединение олова в таком растворе растворяется плохо, поэтому активного вещества для хранения заряда мало. В смеси хлорид помогает сохранить растворимость, а иодид облегчает перенос электронов. Условно это можно сравнить с раствором, где один компонент удерживает больше вещества в жидкости, а другой помогает ему быстрее претерпеть химическое превращение. Это только поясняющая аналогия, а не отдельный опыт исследователей.

В оловянно-бромной проточной батарее смешанный электролит вернул около 89% энергии, затраченной на зарядку, при плотности тока 40 мА/см². Ёмкость оловянной стороны составила 227 А·ч/л. Отдельные опыты с более концентрированным составом дали энергоёмкость 205 Вт·ч/л. Для сравнения, батарея с электролитом на основе хлоридов при той же плотности тока показала энергоэффективность 53%.

Испытания выявили ограничение: иодид-ионы и ионы олова постепенно проходят через мембрану между сторонами батареи. По мере потери иодида реакция становится менее обратимой, а энергоэффективность снижается. В некоторых испытаниях падала и ёмкость. Избыток иодида приводит к выпадению материала в осадок, поэтому соотношение компонентов нужно точно контролировать.

Стек проработал более 1000 часов, но эти испытания не показывают, сохраняет ли батарея исходные характеристики при намного более длительной эксплуатации. Подробнее о подготовке научных статей.

Схема показывает, как хлориды поддерживают растворимость олова, иодиды облегчают перенос электронов, а проход ионов через мембрану меняет состав электролита.

Фото: Ivan S / Pexels