Инженеры научились использовать «лишние» протоны и создали батарею, которая выдерживает 500+ циклов зарядки
Корейские инженеры превратили протоны, которые раньше мешали работе водных цинк-ионных батарей, в источник дополнительной энергии — новый электрод выдерживает более 500 циклов быстрой зарядки.
Полина ТихоноваАвтор Hi-Tech Mail
Ученые из Корейского института передовых технологий (KAIST) разработали электродный материал, который наконец сумел приручить не только ионы цинка, но и протоны, ранее считавшиеся источником проблем в водных батареях. Группа под руководством Сары Пак представила разработку в журнале Chem. Новый материал позволяет водно-цинковым батареям запасать больше энергии и выдерживать более 500 циклов быстрой зарядки.
В водных цинк-ионных батареях ионы цинка двухвалентны и движутся медленно, а протоны в сотни раз меньше и перемещаются гораздо быстрее. Быстрые протоны обычно мешают работе электрода и постепенно разрушают его, поэтому их традиционно считали «нарушителями порядка», от которых стараются избавиться.
Корейские инженеры решили не бороться с протонами, а поставить их на службу. Они ввели аминогруппы в поры двумерного проводящего металл-органического каркаса на основе меди (материал Cu3(HHTATP)2) так, чтобы он вступал в реакцию с протонами только при определенном напряжении. Свой подход они сравнивают с тем, как в пустую бутылку сначала кладут крупную гальку, а потом заполняют оставшиеся зазоры песком: сначала электрод запасает ионы цинка в диапазоне высокого напряжения, а затем, при снижении напряжения, дополнительно «доукомплектовывается» протонами.
В экспериментах новый электрод показал емкость 368,7 мА·ч/г при токе 0,5 А/г. При увеличении скорости заряда-разряда в 16 раз он сохранил 46,9% первоначальной емкости, а после 500 циклов быстрой зарядки не потерял работоспособность.
«Протоны, которые раньше считались нарушителями порядка, способными ухудшить работу батареи, теперь можно использовать, чтобы запасать больше энергии», — рассказала Сара Пак.
По ее словам, разработка в первую очередь пригодится для крупных стационарных систем хранения энергии. Водные батареи не горят, дешевле литиевых аналогов и меньше вредят окружающей среде.
Водно-цинковые батареи в целом рассматриваются как одна из главных альтернатив литий-ионным решениям для крупных стационарных хранилищ энергии. Цинк гораздо доступнее и дешевле лития, а водный электролит делает такие батареи негорючими и куда более безопасными. Главный недостаток — более низкая энергоемкость по сравнению с литий-ионными аккумуляторами, поэтому для транспорта они пока не подходят, зато для энергосетей, где важнее цена и безопасность, а не компактность, интерес к ним растет.
Ранее мы писали о том, что ученые создали «неубиваемый» аккумулятор, которому не страшны экстремальные температуры.
ФизикаПоделиться
