Прорыв в области цинково-воздушных аккумуляторов
Ученые из Технического университета Дармштадта разработали новый композит, способный значительно улучшить работу цинково-воздушных батарей. В основе материала — сочетание железа, никеля и углерода, которое стабилизирует химические процессы при зарядке, что приводит к увеличению мощности и времени работы таких аккумуляторов.
Цинково-воздушные аккумуляторы отличаются высокой энергетической плотностью, сохраняя до пяти раз больше энергии по сравнению с привычными литий-ионными батареями. Ранее они применялись преимущественно в слуховых аппаратах и имели ограниченный срок службы из-за сложностей с контролем химических реакций при зарядке. Решение этих проблем удалось найти под руководством профессора Йорга Й. Шнайдера.
Особенности нового материала
Разработанный композит включает нанокубики феррита никеля, покрытые углеродными нанорогами, легированными азотом и фосфором. Такая углеродная оболочка улучшает передачу электронов и веществ, а также препятствует слипанию ферритовых частиц, создавая эффективные активные центры. Это позволяет запускать реакцию восстановления кислорода с минимальными энергетическими потерями. Новый катализатор демонстрирует мощность 54 мВт на квадратный сантиметр, что почти вдвое превосходит показатели традиционных платиновых и рутениевых катализаторов (28 мВт).
Ключевым достижением стало стабилизация взаимодействия между твердым катализатором, жидким электролитом и кислородом из воздуха, что обеспечивает длительный срок службы батарей. По словам исследователей,
«собранный вторичный цинково-воздушный аккумулятор выдерживает более 300 часов циклов заряд-разряд в гальваностатическом тесте».
Разработка новых материалов для цинково-воздушных аккумуляторов открывает перспективы на рынке энергохранения, особенно учитывая растущий интерес к экологичным и эффективным решениям. Улучшение мощности и длительности работы таких батарей может существенно повлиять на применение в следующих сферах:
- электромобилях,
- источниках возобновляемой энергии,
- портативной электронике.
Для российских разработчиков и потребителей это особенно важно, поскольку такие технологии способствуют снижению зависимости от литий-ионных аккумуляторов, которые обладают экологическими и ресурсными ограничениями.
В то время как ученые из Дармштадта делают шаги к улучшению цинково-воздушных аккумуляторов, компаниям также важно исследовать устойчивые решения для хранения энергии. Например, недавно Porsche и Cylib представили инновационную батарею с катодом из переработанных материалов. Это открывает новые горизонты для экологически чистых технологий и подчеркивает важность использования вторичных ресурсов в энергетике.