Аккумуляторы подешевеют: вместо драгоценных металлов в ход пойдет обычное железо
Катализатор на основе железа помогает цинк-воздушным батареям питать устройства без драгоценных металлов.
Исследователи из Университета Тохоку (Япония) разработали катализатор на основе железа, который улучшает характеристики цинк-воздушных батарей — технологии, рассматриваемой как более дешевая альтернатива литий-ионным системам хранения энергии, пишет interestingengineering.com.
Батарея без драгметаллов
Ученые создали гетероинтерфейс, сочетающий оксид железа (Fe2O3) и оксид самария (Sm2O3). Он изменил поведение электронов на поверхности катализатора, что помогло ускорить кинетику реакции и повысить эффективность батареи.
Катализатор ослабляет избыточную связь между атомами железа и гидроксильными промежуточными соединениями, что позволяет реакции протекать более плавно и снижает одно из основных узких мест в работе цинк-воздушных батарей.
Fe2O3 был выбран потому, что он распространен, недорог и стабилен в щелочных условиях, обычно встречающихся в цинк-воздушных батареях. Однако катализаторы на основе железа обычно страдают от сильных взаимодействий Fe-OH, которые замедляют высвобождение продуктов реакции.
В результате катализатор обеспечил более быструю кинетику восстановления кислорода и улучшенную долговечность по сравнению с традиционными подходами. В работе также удалось избежать использования драгоценных металлов, которые обычно используются в высокоэффективных катализаторах.
Команда оценила материал как в жидкостных, так и в гибких твердотельных цинк-воздушных батареях. Помимо лабораторных измерений, исследователи продемонстрировали практическую работу, запитав небольшую светодиодную лампу и зарядив смартфон.
"Катализатор обеспечивает высокую активность в реакции восстановления кислорода (ORR), улучшенную кинетику реакции, превосходную долговечность и отличные характеристики как в жидкостных, так и в гибких твердотельных цинк-воздушных батареях", — прокомментировали авторы исследования.
Цинк-воздушные батареи: что известно
Цинк-воздушные батареи используют широко доступные материалы, и теоретически они могут обеспечивать высокую плотность энергии. В отличие от литий-ионных батарей, они используют кислород из атмосферы в качестве части электрохимического процесса.
Исследователи считают, что улучшение характеристик катализатора может помочь сделать эту технологию более практичной для реальных применений, включая портативную электронику, носимые устройства и крупномасштабные системы хранения энергии.
"Для широкой общественности это означает, что мы можем приблизиться к доступным и устойчивым технологиям чистой энергии", — подчеркнули ученые.
Исследование демонстрирует потенциальный путь к снижению стоимости хранения энергии за счет замены катализаторов из драгоценных металлов более распространенными материалами при сохранении высоких электрохимических характеристик.
Дальнейшая работа будет сосредоточена на расширении стратегии регулирования спина на границе раздела фаз, использованной в исследовании, и на изучении того, могут ли аналогичные подходы улучшить другие технологии преобразования и хранения энергии.
Ранее сообщали, что солнечными панелями накрыли 400 км в пустыне. Китайская "солнечная лошадь" размером с город, занесенная в Книгу рекордов Гиннесса, будет выдавать 40 млрд кВт·ч чистой энергии.