Безанодная цинковая батарея для хранения возобновляемой энергии

Параллельно с созданием комплекса электрических транспортных средств (водный, воздушный, наземный), идет интенсивная работа по разработке эффективных систем накопления и хранения энергии. С увеличением объемов выработки возобновляемой энергии в общем энергетическом балансе, возрастает и потребность в способах хранения, в связи с неравномерностью и цикличностью ее генерации. Одно из главных направлений накопления и хранения возобновляемой энергии – аккумуляторы.

На сегодня литий-ионные аккумуляторы превосходят по своим характеристикам все другие технологии. Однако, чтобы снизить себестоимость и общую массу транспортных средств, необходимы оригинальные разработки и новые технологии, альтернатива литий-ионным батареям.

Хочу поделиться с вами, уважаемый читатель, новостью, опубликованной в журнале ACS Nano Letters, где рассказано о создании прототипа безанодной батареи на основе цинка в которой используются недорогие и доступные материалы.

Водные батареи на основе цинка и раньше привлекали внимание исследователей своей безопасностью и высокой плотностью энергии. К тому же они изготавливаются из широко доступных в природе материалов. Однако созданные ранее цинковые аккумуляторы требовали наличия толстых анодов из металлического цинка, что само по себе, серьезно увеличивало себестоимость батареи. Кроме того, аноды склонны к формированию дендритов — кристаллических отложений, вызывающих короткое замыкание.

Исследователи Юнпей Чжу и Хусам Альшариф с Научно-технологического университета (Саудовская Аравия), совместно с Юи Цуй из Стэнфордского университета (США), решили обойтись совсем без анода. Взяв за образец безанодные литиевые и натриевые батареи, они разработали аккумулятор, в котором богатый цинком катод стал единственным источником цинкового покрытия на медном токосъемнике.

Во время опытов ученые использовали в новой батарее катод из диоксида марганца, который они интеркалировали (интеркаляция — обратимое включение молекулы или группы между другими молекулами или группами, авт.) ионами цинка. В качестве электролита ученые использовали водный раствор трифторметансульфоната, а в качестве токосъемника — медную фольгу. Во время зарядки металлический цинк наносится на медную фольгу, а во время разрядки металл отделяется, высвобождая электроны, которые питают аккумулятор.

Для предотвращения образования дендритов разработчики покрыли медный токосъемник равномерным слоем углеродных нанодисков. Этот слой способствует равномерному распределению цинка, тем самым предотвращая образование дендритов и увеличивает эффективность аккумулятора.

Батарея продемонстрировала высокую производительность, плотность энергии и стабильность, сохранив 62,8% своей емкости после 80 циклов заряда-разряда.

По словам разработчиков, безанодная конструкция батареи открывает новые возможности в использовании водных батарей на основе цинка в системах хранения возобновляемой энергии.

По материалам источника:

Спасибо за прочтение. smiley Понравился статья? Есть что сказать? Присоединяйтесь в комментариях: