Дослідники розробили нову високоефективну цинко-повітряну акумуляторну батарею
Вчені зі Стенфордського університету розробили новий тип високоефективної цинко-повітряної акумуляторної батареї. Інтенсивні каталітичні процеси, що відбуваються всередині цієї акумуляторної батареї, дають їй такі електричні характеристики та показники надійності, які у багато разів перевершують аналогічні показники акумуляторних батарей, створених на базі більш дорогих платинових і іридієвих каталізаторів. Розроблені дослідниками технології, опис яких було опубліковано в онлайн-варіанті журналу Nature Communications, можуть лягти в основу створення нових недорогих пристроїв акумулювання енергії, які стануть альтернативою широко використовуються в даний час літій-іонних акумуляторних батарей.
"Збільшуються теми розвитку портативної електроніки, електричних автомобілів диктують необхідність створення нових високоефективних, недорогих і безпечних пристроїв акумулювання енергії" - розповідає Хонгджи Дей (Hongjie Dai), професор хімії Стенфордського університету, - "Метало-воздушние акумуляторні батареї є одним з основних альтернативних недорогих варіантів, який в майбутньому може знайти досить широке застосування".
Основою більшості сучасних технологій акумулювання енергії є літій-іонні акумулятори, незважаючи на обмежене значення показника щільності зберігання енергії, досить високої вартості і проблеми з безпекою їх експлуатації. "Метало-повітряні акумуляторні батареї пропонують більш високі показники енергетичної щільності, ніж традиційні кислотні і літій-іонні акумулятори, за рахунок того, що більша частина енергії зберігається за межами акумулятора у вигляді кисню, що знаходиться в атмосфері" - розповідає професор Дей, - "Найбільш життєздатним варіантом метало-повітряних батарей з економічної та технологічної точки зору є цинко-повітряні батареї, в яких використовуються досить поширені на планеті хімічні речовини".
Цинко-повітряні акумуляторні батареї працюють за рахунок реакції металевого цинку і атмосферного кисню, що проходить в середовищі електроліту батареї. У результаті цієї реакції утворюється оксид цинку і виробляється електрична енергія. Під час заряду таких акумуляторних батарей під впливом електричного струму відбувається зворотний процес, цинк знову відновлюється до металічного стану, а вільний кисень виділяється в атмосферу. "Цинко-повітряні акумуляторні батареї привабливі не тільки з-за достатку і низької ціни металевого цинку. Негорюча природа використовуваних в них водних електролітів, робить практично безпечною експлуатацію таких батарей".
Але, у розробленої технології є і свої мінуси, які полягають у млявому перебігу окисних і відновних реакцій, що протікають на повітряній електроді нової акумуляторної батареї, що проявляється у вигляді тривалого часу зарядки і малої потужності, яку може віддати акумулятор за одиницю часу. Але нещодавно група професора Дея розробила високоефективний каталізатор електрохімічних процесів, виготовлений з наночастинок з оксиду металу, що не входить в розряд дорогих і дорогоцінних металів, і вуглецевих нанотрубок. Використання такого каталізатора дозволило у багато разів збільшити швидкість хімічних реакцій, яка навіть перевищила швидкість подібних реакції, що відбуваються у присутності платинового каталізатора.
"Використання комбінації каталізатора на основі оксиду кобальту для процесу окиснення цинку і каталізатора на основі гідроокису заліза, нікелю для процесу відновлення цинку дозволила досягти рекордних швидкісних і енергетичних показників нової цинко-повітряної акумуляторної батареї, енергетична щільність якої перевищила в два рази показник щільності літій-іонних акумуляторних батарей".
Нова цинко-повітряна акумуляторна батарея продемонструвала високі показники оборотності при великій кількості циклів заряду-розряду при тривалому зберіганні заряду, який не зменшився навіть через кілька тижнів зберігання. "Наша робота є великим кроком на шляху до створення цинко-повітряних акумуляторних батарей, які, ми сподіваємося, замінять всі інші види. Для цього нам залишається вирішити лише кілька не дуже значних проблем, що стосуються цинкового електрода і складу електроліту" - додав професор Дей.