Новое исследование в области цинковых аккумуляторов открывает неплохие перспективы для этой электрохимической системы

Не так давно в Angewandte Chemie было опубликовано исследование, которое стало шагом к разработке недорогих, высокопроизводительных цинк-серных аккумуляторов. Руководитель исследования и доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Инженерной школе Кейса, Чейз Као отметил, что разработка стала важным шагом вперёд в развитии устойчивых и безопасных аккумуляторов для хранения энергии.

По его мнению, водные цинк-серные аккумуляторные батареи имеют отличный потенциал для питания широкого спектра приложений. Это могут быть системы возобновляемые энергии, а также мобильная электроника. В любом случае, данная электрохимическая система позволит уменьшить воздействие на окружающую среду и зависимость от дефицитных ресурсов.

Литий-ионные аккумуляторы сейчас широко используются в бытовой электронике и электромобилях. Но их производство зависит от наличия редких материалов. Кроме того, они сложны в производстве. Цинк-серные АКБ выпускаются из более распространённых и недорогих материалов. Кроме того, их производство меньше сказывается на экологии и они более безопасны в эксплуатации. Но в этой электрохимической системе есть ряд проблем. Среди них коррозия цинкового анода, рост дендритов, низкая проводимость. Всё это препятствует их коммерческому производству.

Команда Чейза Као смогла преодолеть эти препятствия благодаря внедрению двух ключевых добавок. Это иодид цинка и пропиленгликольметиловый эфир. Благодаря этому решению, исследователям удалось увеличить энергоёмкость аккумулятора на 20%, подавить рост цинковых дендритов, повысить стабильность и улучшить проводимость. Особенную опасность для цинк-серных аккумуляторов представляет рост дендритов, которые могут вызвать короткое замыкание и возгорание.

Цинк-серные аккумуляторы имеют более высокую плотность энергии, чем литий-ионные аналоги. Это значит, что при использовании этой электрохимической системы можно выпускать более компактные и долговечные аккумуляторы. Поэтому они подходят для использования в системах возобновляемой энергии, а также устройствах, требующих высокой эффективности и надёжности.

Основной интерес исследовательской группы Чейза Као направлен на мягкую робототехнику и передовые сенсорные системы, где требуются долговечные аккумуляторы с высокой ёмкостью. К примеру, они разрабатывают плавающих роботов, которым требуются лёгкие и прочные аккумуляторы. Они должны обеспечивать длительные миссии роботов без сбоев. В противном случае при разрядке аккумулятора робот может не вернуться. Као, который руководит Лабораторией мягких машин и электроники в CWRU, также разрабатывает новые технологии для исследования космоса и сельского хозяйства, а также для удаления опасного космического мусора.

Исследование проводилось совместно с учёными из Университета Фудань в Шанхае и Гонконгского университета науки и технологий.