Иновативни електролити могат да революционизират стоманодобива

Електролитите играят водеща роля при разработката на различни електрохимични процес. Те могат да се използват например при преобразуването на желязна руда в по-чисти форми – желязо или железни сплави. Предизвикателство е, че електролитът трябва да остане стабилен при екстремни условия на работната среда, като същевременно се избягват странични реакции, които редуцират енергийната ефективност. Ползата ще бъде, че един такъв процес може да елиминира необходимостта от енергоемките шахтови пещи, използвани в стоманодобива, което ще доведе и до намаляване на емисиите на парникови газове.

Именно това е целта на новия Център за електрификация на стоманодобива чрез електросинтез (C-STEEL), финансиран от Министерството на енергетиката на САЩ и ръководен от Аргонската национална лаборатория. В скорошна научна публикация изследователи от лабораторията докладват за иновативен подход към разработването на ново поколение електролити, подходящи за почти всеки електрохимичен процес. “С този подход учените би трябвало да могат да разработят електролити не само за батериите на електрически превозни средства, но и да декарбонизират производството на стомана, цимент и различни химикали”, казва Джъстин Корнел, учен в Аргонската национална лаборатория и зам.-директор на C-STEEL.

Откриване на най-добрите контактни йонни двойки

Електролитите за батерии за електрически превозни средства обикновено представляват сол, разтворена в течен разтворител. Солта осигурява и катионите, и анионите. Ключът на функционалността на батериите е фактът, че електролитът е с неутрален заряд, защото броят на анионите и катионите е равен.

В предходни проучвания фокусът е върху промяната на състава на разтворителя при използване на една-единствена сол при различни концентрации. “Според нас, най-добрият път напред към подобрени електролити е основно чрез различни аниони за солта. Промяната на състава на анионите ще доведе до по-енергийноефективни процеси и по-дълготрайни електролити”, обяснява Корнел.

В повечето електролити днес разтворителят обгражда работния катион при придвижването му между електродите. При конвенционалните литиево-йонни батерии за електромобили например катионът ще бъде литий, а анионът – флуорен фосфат.

За да разработи нови електролити за различни приложения, екипът от Аргонската национална лаборатория се опитва да съчетае работния катион с един или повече различни аниона в електролита. Когато анионите частично или изцяло заместят разтворителя около катиона, учените ги определят като контактни йонни двойки.

Предвид безбройните възможни йонни двойки обаче, как може да се идентифицира най-добрата комбинация от аниони и катиони за конкретно приложение? За целта експериментите на екипа се допълват от изчисления с помощта на машинно самообучение и изкуствен интелект.

“Стремежът е да се разработят принципи, които да предоставят най-добрите контактни йонни двойки за електролита, подходящ за изискванията на стоманодобива като част от C-STEEL. Надяваме се благодарение на тези принципи да открием достъпен, дълготраен електролит, който дава възможност за реализирането на най-ефективния стоманодобивен процес”, подчертава Корнел. Същите тези принципи ще са приложими за електролити за други декарбонизирани електрохимични процеси, както и за литиево-йонни батерии и др.