Цинково-повітряна батарея повноцінно працює після проколу та занурення у воду/Скріншот
Ученые из мексиканского Центра исследований перспективных материалов (CIMAV) разработали прототип цинково-воздушного аккумулятора, который продолжает работать даже после прокола, воздействия огня и полного погружения в воду.
По словам разработчиков, в подобных условиях традиционные Li-ion-аккумуляторы, скорее всего, загорались бы и выходили из строя. Разработка под руководством ведущего исследователя CIMAV, доктора философии Ноэ Арджоны демонстрирует потенциал цинково-воздушных батарей (ZAB) для безопасного и устойчивого хранения энергии.
«Мы не используем литий-ионные аккумуляторы из-за многочисленных проблем безопасности, связанных с воспламеняемостью электролитов, задействованных в этих технологиях», — объясняет Арджона.
Вместо использования дорогостоящих лития и кобальта разработчики создали ZAB, которая использует кислород из воздуха для генерации энергии. Внутри вместо массивных металлических электродов размещен углеродный лист, покрытый отдельными атомами никеля. Это значительно сокращает расходы на металл и сохраняет высокую производительность.
«Многие металлы также создают проблемы безопасности при использовании в аккумуляторах. Многие из наиболее активных материалов входят в список критически важных. Поэтому мы хотели использовать как можно меньше металла», — отмечает Арджона.
Для анализа молекулярной структуры прототипа ZAB ученые использовали синхротрон Canadian Light Source (CLS) в Университете Саскачевана. Это кольцевой ускоритель частиц, который с помощью электричества генерирует интенсивные лучи света, более чем в миллион раз ярче солнечных. Мощное рентгеновское излучение подтвердило равномерное распределение атомов никеля по поверхности углерода.
Такая структура в сочетании с гелеобразным полимерным электролитом и цинком позволила устранить риски, связанные с безопасностью. Исследователи проверили прототип на устойчивость, вбив в него гвоздь, воздействуя огнем и погружая в воду.
ZAB после этого оставалась полностью рабочей, демонстрируя беспрецедентный уровень безопасности и надежности. Конструкция аккумулятора сохраняла стабильность и эффективность даже при экстремальных температурах. Производительность не падала, ни в условиях жары, ни в условиях сильного холода.
«В Канаде существуют огромные проблемы с зарядкой аккумуляторов при очень низких температурах, например, в электромобилях. Наши технологии не сталкиваются с такими проблемами при очень низких или очень высоких температурах», — подчеркнул Арджона.
Он и его коллеги надеются, что устойчивость ZAB к внешнему воздействию сделает этот тип аккумуляторов идеальными для электроавтомобилей, аэрокосмических систем и дистанционных датчиков. Использование распространенных металлов, таких как никель, вместо лития или кобальта может дополнительно снизить затраты. Команда изучает новые способы сделать аккумулятор более экологичным, включая интеграцию биоразлагаемых компонентов.
Однако, несмотря на оптимизм относительно потенциала конструкции, Арджона отметил, что нужны дополнительные исследования, прежде чем она сможет заменить существующие батареи. По его словам, ключ к использованию безопасных систем хранения энергии — разработка одноатомных катализаторов.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces
Источник: Interesting Engineering
Контент сайту призначений для осіб віком від 21 року. Переглядаючи матеріали, ви підтверджуєте свою відповідність віковим обмеженням.
Cуб'єкт у сфері онлайн-медіа; ідентифікатор медіа - R40-06029.