Дешевше і довговічніше: в Японії придумали, як вивести в топ батареї нового покоління

Про це повідомляє interestingengineering.com.

Як зазначає видання, повітряно-цинкові батареї (ZAB) стають переконливою альтернативою в аспекті кращого зберігання енергії. Вони працюють за принципом вилучення кисню з повітря та його реакції з металевим цинком для вироблення електроенергії, і тому є і легшими, і безпечнішими, а в перспективі — і дешевшими порівняно зі звичайними літій-іонними акумуляторами.

Але потенціал повітряно-цинкових батарей довгий час обмежувався повільною реакцією відновлення кисню (ORR), критичним процесом, в якому молекули кисню перетворюються під час розряду. Повільний ORR призводить до неефективності та скорочення терміну служби батареї.

Щоб усунути цей недолік, дослідники з Університету Тохоку розробили двоатомний каталізатор, який може змінити ситуацію.

Новий метод "підстьобнув" продуктивність

Новий двоатомний каталізатор був створений шляхом об'єднання атомів заліза і кобальту. Ці атоми були впроваджені в пористу структуру на основі азоту і вуглецю, утворивши матеріал під назвою Fe₁Co₁-NC.

Використовуючи комп'ютерне моделювання, вчені вивчили, як рівні pH впливають на ORR. Це допомогло їм розробити каталізатор з оптимальними властивостями для умов лужних батарей.

Потім вони створили структуру, використовуючи шаблонний метод і активацію CO₂, внаслідок чого утворилися невеликі пори, необхідні для ефективного транспортування реагентів.

Результатом став каталізатор, який не тільки підтримував вищу швидкість ORR, а й перевершив традиційний платиновий каталізатор, відомий як Pt/C.

Новаторська батарея служить довше

Двохатомний каталізатор Fe₁Co₁-NC показав значно кращу активність ORR, ніж платина. У лабораторних випробуваннях цинково-повітряні батареї з новим каталізатором досягли напруги розімкнутого ланцюга 1,51 вольта — сильний показник енергетичного потенціалу.

Вони також досягли щільності енергії 1079 ват-годин на кілограм цинку (Вт-год-кгZn-¹), що значно перевищує типові показники, які спостерігаються в аналогічних акумуляторних системах.

Акумулятори зберегли чудову ємність, незважаючи на високі вимоги до струму від 2 до 600 міліампер на квадратний сантиметр.

Найбільш вражаючим був термін служби — понад 3600 годин і 7200 циклів при помірних рівнях струму. Це суттєво перевищує те, що може запропонувати більшість батарей нинішнього покоління.

Залізо виграє у платини

Успіх цього двоатомного каталізатора відкриває реальний шлях до створення більш дешевих, довговічних і ефективних ZAB.

Оскільки залізо і кобальт є набагато доступнішими за платину, масштабування виробництва також може стати більш рентабельним.

Раніше стало відомо, що квантові батареї можуть значно підвищити ефективність сонячних елементів, даючи їм змогу набагато швидше захоплювати і зберігати сонячну енергію. Також вони можуть сприяти створенню більш ефективних і потужних електронних пристроїв.

Також Фокус писав, що компанія Lenovo використовує технологію сонячних елементів Ambient Photonics, щоб позбутися батарейок у бездротових гаджетах.