Учёные продолжают искать альтернативу популярным литийионным аккумуляторам и когда-нибудь количество исследований обязательно перейдёт в качество. А пока исследователи из Австралии поделились новой и потенциально перспективной разработкой — аккумулятором RAZB на цинк-ионном обмене с электролитом из обычной воды. Такие батареи будут пожаробезопасными и полностью утилизируемыми, что также обещает сделать их более доступными.
Источник изображений: RMIT University
Посвящённая разработке работа опубликована в журнале Advanced Materials. В ней учёные из Мельбурнского королевского технологического института (RMIT) вместе с коллегами из других учреждений сообщили, как они добились устойчивой работы аккумулятора на основе цинка и воды. Отметим, что прототип аккумулятора был существенно меньшей ёмкости, чем аналогичный литийионный элемент, но оказался сравним с ним по количеству циклов заряда и разряда, что само по себе делает разработку интересной.
Создавая цинк-ионный элемент с водным электролитом учёные решали две главные задачи. Во-первых, необходимо было предотвратить образование дендритов — металлических шипообразных отложений на электродах, которые нарастают по мере работы аккумуляторов и ведут к короткому замыканию. Во-вторых, в процессе работы аккумулятора из воды начинал выделяться водород. Этот процесс также необходимо было замедлить, иначе он вёл к порче аккумулятора.
Для борьбы с дендритами было подобрано покрытие для электродов из вольфрама и оксидов. Эксперименты показали, что это уменьшило отложения на электродах и увеличило жизненный цикл аккумуляторов. Для снижения образования водорода из водного электролита было предложено решение по регулированию уровня кислотности раствора. В целом прототип и выбранное направление признаны успешными и продолжат развиваться.
В то же время исследователи считают более перспективными магний-ионные аккумуляторы. Созданный ими прототип обладал плотностью энергии 75 Вт·ч/кг. Это примерно 30 % от современных массовых литийионных аккумуляторов, и с этим уже можно работать.
Более лёгкий, чем альтернативные металлы, такие как цинк и никель, магний обеспечивает превосходную плотность энергии. Он обещает более быстрое время зарядки и повышенную мощность поддержки энергоёмких устройств и приложений.
«Следующий шаг — увеличить плотность энергии наших водных аккумуляторов за счёт разработки новых наноматериалов в качестве электродных материалов», — обещают учёные.
