Дешевле и долговечнее: в Японии придумали, как вывести в топ батареи нового поколения

Об этом сообщает interestingengineering.com.

Как отмечает издание, воздушно-цинковые батареи (ZAB) становятся убедительной альтернативой в аспекте лучшего хранение энергии. Они работают по принципу извлечения кислорода из воздуха и его реакции с металлическим цинком для выработки электроэнергии, и потому являются и более легкими, и более безопасными, а в перспективе – и более дешевыми по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторами.

Но потенциал воздушно-цинковых батарей долгое время ограничивался медленной реакцией восстановления кислорода (ORR), критическим процессом, в котором молекулы кислорода преобразуются во время разряда. Медленный ORR приводит к неэффективности и сокращению срока службы батареи.

Чтобы устранить этот недостаток, исследователи из Университета Тохоку разработали двухатомный катализатор, который может изменить ситуацию.

Новый метод «подстегнул» производительность

Новый двухатомный катализатор был создан путем объединения атомов железа и кобальта. Эти атомы были внедрены в пористую структуру на основе азота и углерода, образовав материал под названием Fe₁Co₁-NC.

Используя компьютерное моделирование, ученые изучили, как уровни pH влияют на ORR. Это помогло им разработать катализатор с оптимальными свойствами для условий щелочных батарей.

Затем они создали структуру, используя шаблонный метод и активацию CO₂, в результате чего образовались небольшие поры, необходимые для эффективной транспортировки реагентов.

Результатом стал катализатор, который не только поддерживал более высокую скорость ORR, но и превзошел традиционный платиновый катализатор, известный как Pt/C.

Новаторская батарея служит дольше

Двухатомный катализатор Fe₁Co₁-NC показал значительно лучшую активность ORR, чем платина. В лабораторных испытаниях цинково-воздушные батареи с новым катализатором достигли напряжения разомкнутой цепи 1,51 вольта — сильный показатель энергетического потенциала.

Они также достигли плотности энергии 1079 ватт-часов на килограмм цинка (Вт-ч·кгZn⁻¹), что значительно превышает типичные показатели, наблюдаемые в аналогичных аккумуляторных системах.

Аккумуляторы сохранили превосходную емкость, несмотря на высокие требования к току от 2 до 600 миллиампер на квадратный сантиметр.

Самым впечатляющим был срок службы – более 3600 часов и 7200 циклов при умеренных уровнях тока. Это намного превосходит то, что может предложить большинство батарей нынешнего поколения.

Железо выигрывает у платины

Успех этого двухатомного катализатора открывает реальный путь к созданию более дешевых, долговечных и эффективных ZAB.

Поскольку железо и кобальт гораздо более доступны, чем платина, масштабирование производства также может стать более рентабельным.

Ранее стало известно, что квантовые батареи могут значительно повысить эффективность солнечных элементов, позволяя им гораздо быстрее захватывать и хранить солнечную энергию. Также они могут способствовать созданию более эффективных и мощных электронных устройств.

Также Фокус писал, что компания Lenovo использует технологию солнечных элементов Ambient Photonics, чтобы избавиться от батареек в беспроводных гаджетах.