Вчені з мексиканського Центру досліджень перспективних матеріалів (CIMAV) розробили прототип цинково-повітряного акумулятора, який продовжує працювати навіть після проколу, впливу вогню та повного занурення у воду.
За словами розробників, у подібних умовах традиційні Li-ion-акумулятори, скоріш за все, спалахували б та виходили з ладу. Розробка під керівництвом провідного дослідника CIMAV, доктора філософії Ное Арджони демонструє потенціал цинково-повітряних батарей (ZAB) для безпечного та стійкого зберігання енергії.
“Ми не використовуємо літій-іонні акумулятори через численні проблеми безпеки, пов’язані з займистістю електролітів, залучених в цих технологіях”, — пояснює Арджона.
Замість використання дорогих літію та кобальту розробники створили ZAB, яка використовує кисень з повітря для генерації енергії. Всередині замість масивних металевих електродів розміщений вуглецевий лист, вкритий окремими атомами нікелю. Це значно скорочує витрати на метал та зберігає високу продуктивність.
“Багато металів також створюють проблеми безпеки під час використання в акумуляторах. Чимало з найбільш активних матеріалів входять до списку критично важливих. Тому ми хотіли використовувати якнайменше металу”, — зазначає Арджона.
Для аналізу молекулярної структури прототипа ZAB вчені використали синхротрон Canadian Light Source (CLS) в Університеті Саскачевана. Це кільцевий прискорювач частинок, який за допомогою електрики генерує інтенсивні промені світла, більш ніж в мільйон разів яскравіші за сонячні. Потужне рентгенівське випромінювання підтвердило рівномірний розподіл атомів нікелю поверхнею вуглецю.
Така структура у поєднанні з гелеподібним полімерним електролітом та цинком дозволила усунути ризики, пов’язані з безпекою. Дослідники перевірили прототип на стійкість, вбивши в нього цвях, підпаливши та зануривши у воду.
ZAB після цього залишалась повністю робочою, демонструючи безпрецедентний рівень безпеки та надійності. Конструкція акумулятора зберігала стабільність та ефективність навіть за екстремальних температур. Продуктивність не падала, а ні за умов спеки, а ні за умов сильного холоду.
“У Канаді існують величезні проблеми із заряджанням акумуляторів при дуже низьких температурах, наприклад, в електромобілях. Наші технології не стикаються з такими проблемами за дуже низьких або дуже високих температур”, — підкреслив Арджона.
Він та його колеги сподіваються, що стійкість ZAB до зовнішнього впливу зробить цей тип акумуляторів ідеальними для електроавтівок, аерокосмічних систем та дистанційних датчиків. Використання поширених металів, таких як нікель, замість літію або кобальту може додатково знизити витрати. Команда вивчає нові способи зробити акумулятор більш екологічним, включаючи інтеграцію біорозкладних компонентів.
Однак, попри оптимізм щодо потенціалу конструкції, Арджона зазначив, що потрібні додаткові дослідження, перш ніж вона зможе замінити наявні батареї. За його словами, ключ до використання безпечних систем зберігання енергії — розробка одноатомних каталізаторів.
Результати дослідження опубліковані у журналі ACS Applied Materials & Interfaces
Джерело: Interesting Engineering