Акумулятори подешевшають: замість дорогоцінних металів в хід піде звичайне залізо
Каталізатор на основі заліза допомагає цинк-повітряним батареям забезпечувати живлення пристроїв без використання дорогоцінних металів.
Дослідники з Університету Тохоку (Японія) розробили каталізатор на основі заліза, який покращує характеристики цинк-повітряних батарей — технології, що розглядається як дешевша альтернатива літій-іонним системам зберігання енергії, пише interestingengineering.com.
Батарея без дорогоцінних металів
Вчені створили гетероінтерфейс, що поєднує оксид заліза (Fe₂O₃) та оксид самарію (Sm₂O₃). Він змінив поведінку електронів на поверхні каталізатора, що допомогло прискорити кінетику реакції та підвищити ефективність батареї.
Каталізатор послаблює надмірний зв’язок між атомами заліза та гідроксильними проміжними сполуками, що дозволяє реакції протікати більш плавно та усуває одне з основних вузьких місць у роботі цинк-повітряних батарей.
Fe₂O₃ було обрано тому, що він є поширеним, недорогим і стабільним у лужних умовах, які зазвичай зустрічаються в цинк-повітряних батареях. Однак каталізатори на основі заліза зазвичай страждають від сильних взаємодій Fe-OH, які уповільнюють вивільнення продуктів реакції.
У результаті каталізатор забезпечив швидшу кінетику відновлення кисню та підвищену довговічність порівняно з традиційними підходами. У ході роботи також вдалося уникнути використання дорогоцінних металів, які зазвичай застосовуються у високоефективних каталізаторах.
Команда оцінила матеріал як у рідких, так і в гнучких твердотільних цинк-повітряних батареях. Окрім лабораторних вимірювань, дослідники продемонстрували практичну роботу, підключивши невелику світлодіодну лампу та зарядивши смартфон.
"Каталізатор забезпечує високу активність у реакції відновлення кисню (ORR), покращену кінетику реакції, чудову довговічність та відмінні характеристики як у рідинних, так і в гнучких твердотільних цинк-повітряних батареях", — прокоментували автори дослідження.
Цинк-повітряні батареї: що відомо
Цинк-повітряні батареї використовують широко доступні матеріали, і теоретично вони можуть забезпечувати високу енергетичну щільність. На відміну від літій-іонних батарей, вони використовують кисень з атмосфери як частину електрохімічного процесу.
Дослідники вважають, що поліпшення характеристик каталізатора може допомогти зробити цю технологію більш практичною для реального застосування, зокрема у портативній електроніці, носимих пристроях та великомасштабних системах зберігання енергії.
"Для широкої громадськості це означає, що ми можемо наблизитися до доступних та стійких технологій чистої енергії", — наголосили вчені.
Дослідження демонструє потенційний шлях до зниження вартості зберігання енергії за рахунок заміни каталізаторів із дорогоцінних металів на більш поширені матеріали при збереженні високих електрохімічних характеристик.
Подальша робота буде зосереджена на розширенні стратегії регулювання спіну на межі розділу фаз, використаної в дослідженні, та на вивченні того, чи можуть подібні підходи покращити інші технології перетворення та зберігання енергії.
Раніше повідомлялося, що сонячними панелями вкрили 400 км у пустелі. Китайський "сонячний кінь" розміром з місто, занесений до Книги рекордів Гіннеса, вироблятиме 40 млрд кВт·год чистої енергії.