Батарейки

популярно о научном

Цинк-воздушные батареи могут потеснить литиевые?

Цинк-воздушные батареи могут потеснить литиевые?

С момента своего появления цинк-воздушные батареи имели все шансы завоевать самое широкое распространение благодаря своей высокой плотности энергии и дешевизне. Последняя вызвана тем, что все нужные компоненты таких батарей очень распространены и доступны - цинк на нашей планете присутствует в достаточных количествах, а кислород содержится в атмосферном воздухе.

Однако очень долгое время на основе этой технологии невозможно было сделать перезаряжаемые многоразовые аккумуляторы, т.к. без использования редкоземельных катализаторов восстановить окисленный цинковый анод было невозможно. Сегодня же, благодаря усилиям группы исследователей в Университете Сиднея, появилась возможность создавать новые дешевые катализаторы для таких батарей. Это позволит в ближайшие годы цинк-воздушным аккумуляторам посоперничать с литий-ионными на многих рынках, как на рынке автомобильных аккумуляторов, так и на рынке аккумуляторов для мобильных устройств.

Химическая реакция, вынуждающая цинк-воздушные батарейки производить энергию, нуждается в кислороде, который содержится в окружающем ячейку воздухе. Как бы это ни звучало, но такие батарейки "дышат" кислородом, так же, как и мы. Кислород, поступающий в ячейку, взаимодействует с углеродным катодом, производя гидроксил, который, в свою очередь, взаимодействует с цинковым анодом, в результате чего генерируется электрический ток. Использование кислорода из атмосферного воздуха позволяет разместить в ячейке максимальное количество цинка, получая, таким образом, максимально возможную плотность энергии при том же весе и безопасности. По аналогии - представьте, что если бы современные самолеты вынуждены были заправляться не только топливом, но и окислителем для него, как ракеты - насколько бы это уменьшило дальность перелетов?

Ученый-исследователь демонстрирует опытную цинк-воздушную батарею

Ученый-исследователь демонстрирует опытную цинк-воздушную батарею

Однако, проблема в том, что цинковый анод становится непригодным для дальнейшего использования после того, как его поверхность полностью окислится. Такие батареи можно "перезаряжать" механически, заменяя цинковый анод на новый, или же использовать дорогие электрокатализаторы из редкоземельных элементов. Последние позволяют запустить процесс в обратном направлении, восстанавливая цинковый анод электрохимическим способом, тем самым перезаряжая цинк-воздушные ячейки.

"До сегодняшнего дня перезаряжаемые цинк-воздушные батареи должны были содержать очень дорогие и редкие катализаторы, такие как оксиды платины или иридия," - говорит Юан Чен (Yuan Chen), ведущий научный сотрудник проекта. "Наш же метод позволяет получить целое семейство высокоэффективных и дешевых катализаторов."

Чтобы создать новое семейство катализаторов, были исследованы различные комбинации оксидов таких распространенных металлов, как железо, кобальт, никель. Тщательный контроль состава смеси оксидов металлов, ее структуры и кристалличности позволил получить результат, запускающий реакцию восстановления цинкового анода.

Чтобы испытать свои новые аккумуляторы, исследователи заряжали и разряжали их в течение 120 часов - всего было проведено 60 циклов зарядки-разрядки. Обнаружилось, что батареи при этом потеряли не более 10% своей емкости. Да, технология еще очень сырая и, казалось бы, сильно уступает серийным литиумным образцам аккумуляторов. Однако, во-первых, это только первые исследования с данным типом катализаторов, а во-вторых, цинк-воздушные аккумуляторы все-таки намного дешевле и проще в производстве. Так что потенциал у технологии все-таки есть.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials.

Источник: Университет Сиднея.

Оставьте комментарий!


Комментарий будет опубликован после проверки

     

  

Facebook.

(обязательно)