Знайдено заміну літієвим батареям: аналог на водні працював 2800 годин із рекордною ємністю
Дослідники збільшили термін служби та ємність водних батарей, додавши до електроліту просту цвіттеріонну добавку.
Вчені з Південної Кореї розробили нову добавку до електроліту, яка значно покращує термін служби та ємність водних батарей — технології, яку широко вважають більш безпечною та дешевою альтернативою літій-іонним батареям, пише interestingengineering.com.
Команда з Університету Сонгюнкван (SKKU) виявила, що додавання невеликої кількості спеціально розробленого цвіттеріонного матеріалу до електроліту допомогло подолати ключові проблеми, які тривалий час обмежували комерціалізацію водних акумуляторних систем.
На відміну від літій-іонних батарей, водні батареї використовують електроліти на водній основі, що робить їх менш легкозаймистими, більш екологічними та потенційно дешевшими у виробництві. Однак їхня продуктивність була обмежена нестабільним осадженням цинку та небажаними реакціями між цинковими електродами та водою під час заряджання та розряджання. Ці проблеми можуть призвести до корозії, нерівномірного накопичення металу та швидкої втрати ємності, скорочуючи термін служби батареї та обмежуючи її широкомасштабне впровадження.
Невелика добавка, великий ефект
Дослідники розробили цвіттеріонну добавку, відому як C10. Цвіттеріони містять як позитивні, так і негативні заряди в одній молекулі, що дозволяє їм унікальним чином взаємодіяти з навколишніми іонами.
Під час додавання до електроліту молекули C10 спонтанно утворювали наноструктури діаметром близько 3,77 нанометрів. Ці структури одночасно виконували дві функції.
По-перше, вони сприяли більш рівномірному осадженню іонів цинку на поверхні електрода, зменшуючи утворення нерегулярних цинкових структур, які можуть пошкодити батареї. По-друге, вони утворювали тонкий захисний шар над металевим цинком, захищаючи його від прямого контакту з водою та обмежуючи побічні реакції, що викликають корозію. Сукупний ефект призвів до суттєвого підвищення продуктивності.
Водні батареї з модифікованим електролітом забезпечували стабільну роботу понад 2800 годин. Елементи також досягли питомої ємності 8,10 мА·год·см⁻², що, за словами дослідників, є найкращим у світі показником серед водних батарейних систем, описаних на сьогодні.
Вчені вважають, що ця технологія може бути корисною для великомасштабних систем зберігання енергії, де безпека, вартість і довговічність є надзвичайно важливими факторами.
Окрім зберігання відновлюваної енергії, ця технологія має потенціал для застосування у великомасштабних системах зберігання енергії (ESS) для інфраструктури штучного інтелекту та центрів обробки даних, які зараз переживають стрімке зростання.
Раніше ми писали про те, що акумулятори подешевшають, заявили японські вчені. Каталізатор на основі заліза допомагає цинк-повітряним батареям забезпечувати живлення пристроїв без використання дорогоцінних металів.