Найдена замена литиевым батареям: аналог на воде проработал 2800 часов с рекордной емкостью
Исследователи увеличили срок службы и емкость водных батарей, используя простую цвиттерионную добавку в электролит.
Ученые из Южной Кореи разработали новую добавку в электролит, которая значительно улучшает срок службы и емкость водных батарей — технологии, широко рассматриваемой как более безопасная и дешевая альтернатива литий-ионным батареям, пишет interestingengineering.com.
Команда из Университета Сонгюнкван (SKKU) обнаружила, что добавление небольшого количества специально разработанного цвиттерионного материала в электролит помогло преодолеть ключевые проблемы, которые долгое время ограничивали коммерциализацию водных батарейных систем.
В отличие от литий-ионных батарей, водные используют электролиты на водной основе, что делает их менее воспламеняемыми, более экологичными и потенциально более дешевыми в производстве. Однако их производительность была ограничена нестабильным осаждением цинка и нежелательными реакциями между цинковыми электродами и водой во время зарядки и разрядки. Эти проблемы могут привести к коррозии, неравномерному накоплению металла и быстрой потере емкости, сокращая срок службы батареи и ограничивая ее широкомасштабное внедрение.
Крошечная добавка, большой эффект
Исследователи разработали цвиттерионную добавку, известную как C10. Цвиттерионы содержат как положительные, так и отрицательные заряды в одной молекуле, что позволяет им уникальным образом взаимодействовать с окружающими ионами.
При добавлении в электролит молекулы C10 спонтанно собирались в наноструктуры диаметром около 3,77 нанометров. Эти структуры одновременно выполняли две функции.
Во-первых, они направляли ионы цинка к более равномерному осаждению по поверхности электрода, уменьшая образование нерегулярных цинковых структур, которые могут повредить батареи. Во-вторых, они образовывали тонкий защитный слой над металлическим цинком, защищая его от прямого контакта с водой и ограничивая побочные реакции, вызывающие коррозию. Совокупный эффект привел к существенному повышению производительности.
Водные батареи с использованием модифицированного электролита поддерживали стабильную работу более 2800 часов. Элементы также достигли удельной емкости 8,10 мА·ч·см⁻², что, по словам исследователей, является лучшим в мире показателем среди водных батарейных систем, описанных на сегодняшний день.
Ученые считают, что эта технология может быть полезна для крупномасштабных систем хранения энергии, где безопасность, стоимость и долговечность являются критически важными факторами.
Помимо хранения возобновляемой энергии, эта технология имеет потенциал для применения в крупномасштабных системах хранения энергии (ESS) для инфраструктуры искусственного интеллекта и центров обработки данных, которые переживают взрывной рост.
Ранее мы писали о том, что аккумуляторы подешевеют, заявили японские ученые. Катализатор на основе железа помогает цинк-воздушным батареям питать устройства без драгоценных металлов.