Цинкова батерия без анод може някой ден да осигури широкомащабно съхранение на възобновяема енергия

ТЕМИ:
Американско химическо общество, Технологии на батериите, Енергия, Нанотехнологии, Батерии
От АМЕРИКАНСКО ХИМИЧЕСКО ОБЩЕСТВО 20 ЯНВАРИ 2021 ГОД

Възобновяемите източници на енергия, като вятърна и слънчева енергия, биха могли да помогнат за намаляване на световната зависимост от изкопаеми горива. Но първо, енергийните компании се нуждаят от безопасен и рентабилен начин за съхранение на енергията за по-късна употреба. Масивните литиево-йонни батерии могат да свършат работа, но страдат от проблеми с безопасността и ограничена наличност на литий. Сега изследователите, докладващи в ACS Nano Letters, са направили прототип на анодна, батерия на цинкова основа, която използва евтини, естествено изобилни материали.

Водните батерии на цинкова основа са изследвани преди това за съхранение на енергия в мащабна мрежа поради тяхната безопасност и висока енергийна плътност. Освен това материалите, използвани за направата им, са в изобилие естествено. Разработените досега акумулаторни цинкови батерии изискват дебели метални аноди от цинк, които съдържат голям излишък от цинк, което увеличава разходите. Също така, анодите са склонни да образуват дендрити-кристални издатини от цинков метал, които се отлагат върху анода по време на зареждане-което може да причини късо съединение на батерията. Yunpei Zhu, Yi Cui и Husam Alshareef се чудеха дали наистина е необходим цинков анод. Черпейки вдъхновение от предишни проучвания на „безанодни“ литиеви и натриево-метални батерии, изследователите решиха да направят батерия, в която катод, богат на цинк, е единственият източник за цинково покритие върху меден токов колектор.

Zn-MnO2 батерия без анод. Кредит: Nano Letters.

В своята батерия изследователите са използвали катод от манганов диоксид, който предварително са интеркалирани с цинкови йони, воден разтвор на цинков трифлуорометансулфонат електролит и токов колектор от медно фолио. По време на зареждане, цинковият метал се нанася върху медното фолио, а по време на разреждането металът се отстранява, освобождавайки електрони, които захранват батерията. За да предотвратят образуването на дендрити, изследователите покриват медния токов колектор със слой от въглеродни нанодискове. Този слой насърчава равномерно цинково покритие, като по този начин предотвратява дендритите и повишава ефективността на цинковото покритие и отстраняване. Батерията показа висока ефективност, енергийна плътност и стабилност, запазвайки 62,8% от капацитета си за съхранение след 80 цикъла на зареждане и разреждане. Дизайнът на батериите без аноди отваря нови насоки за използване на водни цинкови батерии в системите за съхранение на енергия, казват изследователите.

Справка: „Батерия без анод Zn“-MnO2-от Yunpei Zhu, Yi Cui и Husam N. Alshareef, 20 януари 2021 г., Nano Letters.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04519

Авторите признават финансирането от Университета за наука и технологии на крал Абдула.