Новая химия для перезаряжаемых воздушно-цинковых батарей

Воздушно-цинковые батареи — отличные маленькие устройства для хранения энергии, но им есть куда совершенствоваться — например, они обычно не перезаряжаемые. Теперь команда ученых под руководством Университета Мюнстера разработала новый химический 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.

Проблема в том, что цинковый анод «израсходован» 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 и вызывает осложнения.

Теперь 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 электролит 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 автор исследования.

«Воздушно-цинковая батарея является потенциальной альтернативой литий-ионной технологии с такими преимуществами, как экологичность, высокая безопасность и низкие затраты».

Исследователи говорят, 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 специалисты признают, что конструкция все еще далека 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.