Ученые разрабатывают недорогие цинк-ионные батареи для хранения энергии

В связи с растущим спросом на хранение энергии литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) сталкиваются с такими проблемами, как нехватка ресурсов, высокая стоимость и экологические проблемы. Чтобы найти более безопасную и доступную альтернативу, исследователи из Университета Флиндерса работают над созданием водных цинк-ионных аккумуляторов (AZIB) — перспективного решения для крупномасштабного устойчивого хранения энергии. Результаты исследования были опубликованы в журнале Journal of Power Resources and Energy Storage Materials.

В водных цинк-ионных батареях используется цинк — материал, который в 10 раз более распространен в земной коре, чем литий. Цинк также более безопасен и менее токсичен, что делает его идеальным выбором для будущих аккумуляторов. Батареи AZIB привлекают внимание благодаря своему потенциалу использования в качестве источника питания для самых разных устройств: от электромобилей до портативных электронных устройств, предлагая недорогую и экологически чистую альтернативу батареям LIB.


В AZIB в качестве анода обычно используется металлический цинк, а в качестве катода — органические или неорганические соединения. Несмотря на значительный прогресс в совершенствовании цинковых анодов, поиск высокопроизводительных катодов остается сложной задачей.
Исследования профессора Цзя сосредоточены на решении этой проблемы с помощью полимерных катодов на основе радикалов нитроксида. Эти катоды изготавливаются из недорогих коммерческих полимеров и сочетаются с недорогими составляющими для оптимизации производительности аккумулятора.

Исследования группы привели к значительным улучшениям, позволившим создать катоды с самой высокой массовой нагрузкой, когда-либо зарегистрированной для AZIB.

Исследовательская группа под руководством магистрантки Флиндерса Нандуни Гамадж и постдокторанта доктора Янлин Ши создала в лабораторных условиях пакетную батарею с использованием этих полимеров. Материалы, используемые в аккумуляторе, включают недорогой полимер (около 20 долларов за килограмм), нетоксичный электролит и технический углерод, стоимость которого составляет всего 1 доллар за килограмм.




Полученная батарея достигла емкости 70 миллиампер-часов на грамм (мАч/г) и напряжения разряда 1,4 В. Это означает, что батарея может легко питать небольшие устройства, такие как электрический вентилятор или модель автомобиля.

Их работа подчеркивает потенциал преобразования недорогих промышленных полимеров в органические катоды для цинк-ионных аккумуляторов, открывая путь к более доступным и устойчивым технологиям хранения энергии.

В сотрудничестве с исследователями из Университета Париж-Восточный Кретей (CNRS) во Франции и Университета Гриффита группа также исследовала новые способы снижения мировой зависимости от литий-ионных аккумуляторов. Их работа включает разработку органических радикальных/калиевых двухионных батарей, которые могут стать еще одной альтернативой традиционным LIB.

Сосредоточившись на экологически чистых материалах и экономически эффективных решениях, исследователи из Университета Флиндерса помогают создать будущее, в котором крупномасштабное хранение энергии станет более безопасным, дешевым и экологически чистым.