Воздушно-цинковые батареи - отличные маленькие устройства для хранения энергии, но им есть куда совершенствоваться - например, они обычно не перезаряжаемые.Применяется они обычно для питания слуховых аппаратов. Теперь команда под руководством Университета Мюнстера разработала новый химический воздушно-цинковый состав, который делает этот тип батарей более эффективным и перезаряжаемым.
В отличие от большинства батарей, в которых все жизненно важные компоненты находятся внутри элемента, воздушно-цинковые батареи полагаются на кислород, поступающий из окружающего воздуха. В некотором смысле они «дышат» кислородом, который взаимодействует с катодом, производя молекулы, которые пересекают пастообразный щелочной электролит и вступают в реакцию с цинковым анодом, генерируя электрический ток. То есть «топливом» является цинковый анод, окисляющийся в процессе работы элемента, а окислителем — кислород, получаемый из поступающего через «дыхательные отверстия» атмосферного воздуха.
Проблема в том, что цинковый анод «расходуется» после окисления, что делает батарею неперезаряжаемой. В некоторых конструкциях это обходится путем замены цинковых компонентов или использования катализаторов на основе редкоземельных минералов, чтобы сделать их перезаряжаемыми, но это требует дополнительных затрат или усложнений.
Для нового исследования инженеры создали новый электролит, который может сделать воздушно-цинковые батареи перезаряжаемыми. Вместо пастообразной консистенции большинства электролитов в батареях этого типа, в новой конструкции они больше жидкие. Он основан на соли трифторметансульфоната цинка, что делает его нещелочным, что, по словам ученых, делает его более химически стабильным - и, что наиболее важно, обратимым (то есть перезаряжаемым).
«Наш инновационный нещелочной электролит привносит ранее неизвестный обратимый химический состав пероксида цинка (ZnO2)/O2 в воздушно-цинковую батарею», - говорит Вэй Сан, ведущий исследователь исследования. «Воздушно-цинковая батарея представляет собой потенциальную альтернативу технологии аккумуляторов [литий-ионных] с такими преимуществами, как экологичность, высокая безопасность и низкие затраты».
В основе инновационного химического состава воздушно-цинковых батарей лежит нещелочной водо-образный электролит. Фото: WWU - MEET (Judith Kraft)
Команда говорит, что новые батареи продолжали стабильно работать более 320 циклов и 1600 часов использования. Частично это связано с тем, что водоотталкивающие анионы в электролите удерживают воду от поверхности катода, что делает его более стабильным.
Это интересная разработка, но команда признает, что дизайн все еще далек от практического применения. И это всего лишь один из способов сделать воздушно-цинковые батареи перезаряжаемыми - другие исследования заменили дорогие катализаторы на основе редкоземельных минералов на более распространенные элементы, такие как железо, кобальт и никель.
Исследование опубликовано в журнале Science.
Источник: New Atlas / University of Münster
