Разработана цинковая безанодная батарея для хранения энергии ветра и солнца

22.01.2021

Источники возобновляемой энергии — ветер или солнце — способны снизить зависимость промышленности от ископаемого топлива. Но для этого энергетическим компаниям необходимо разработать безопасный и выгодный способ хранения энергии для последующего использования. Ученые из Саудовской Аравии создали прототип безанодной батареи из дешевых и доступных материалов.

Водные батареи на основе цинка привлекали внимание исследователей своей безопасностью и высокой плотностью энергии. Вдобавок, они изготавливаются из широко доступных в природе материалов. Однако созданные до сих пор цинковые аккумуляторы требовали наличия толстых анодов из металлического цинка, что серьезно увеличивало себестоимость батареи. Кроме того, аноды подвержены формированию дендритов — кристаллических отложений, вызывающих короткое замыкание.

Специалисты Научно-технологического университета им. короля Абдаллы решили обойтись без анода, пишет Phys.org. Взяв за образец безанодные литиевые и натриевые батареи, они разработали аккумулятор, в котором богатый цинком катод стал единственным источником цинкового покрытия на медном токосъемнике.

Ученые использовали в новой батарее катод из диоксида марганца, который они интеркалировали ионами цинка, из водного электролита трифторметансульфоната и медной фольги в качестве токосъемника. Во время зарядки металлический цинк накладывается на медную фольгу, а во время разрядки металл отделяется, выделяя электроны, которые питают батарею.

Для предотвращения образования дендритов разработчики покрыли медный токосъемник равномерным слоем углеродных нанодисков.

Батарея продемонстрировала высокую производительность, плотность энергии и стабильность, сохранив 62,8% зарядной емкости после 80 циклов заряда и разряда.
Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, могут помочь уменьшить зависимость крупных компаний от ископаемого топлива. Для этого энергетическим компаниям нужен безопасный и экономичный способ хранения энергии. Массивные литий-ионные аккумуляторы могут выполнять эту работу, но они страдают от проблем безопасности и ограниченной доступности лития.

Для этого исследователи создали прототип батареи на основе цинка без анода. В статье отмечается, что водные батареи на основе цинка ранее были исследованы для хранения энергии в сетевом масштабе из-за их безопасности и высокой плотности энергии. Кроме того, материалы, используемые для их изготовления, дорогостоящие.

На основе предыдущих исследований безанодных литиевых и натриевых металлических батарей ученые решили создать батарею, в которой катод является единственным источником цинкования медного токоприемника.

В своей батарее исследователи использовали катод из диоксида марганца, предварительно интеркалированный ионами цинка. Во время зарядки металлический цинк покрывается медной фольгой, а во время разрядки металл снимается, высвобождая электроны, которые питают батарею.

Чтобы предотвратить образование дендритов, исследователи покрыли медный токосъемник слоем углеродных нанодисков. Этот слой способствовал равномерному цинкованию, тем самым предотвращая образование дендритов, и повышал эффективность цинкования и зачистки. Аккумулятор показал высокую эффективность, плотность энергии и стабильность: он сохранил 62,8% своей емкости после 80 циклов зарядки и разрядки.

Источник: hightech.plus