Батареї досягнуть дивовижного терміну служби в 100 000 циклів завдяки одній інновації

30 октября 2024 15:00

Новий захисний полімерний шар дає змогу іонам цинку переміщатися, блокуючи при цьому утворення молекул води і водню.

Новий підхід від вчених з Мюнхенського технічного університету (TUM) з використанням пористого органічного полімеру, значно подовжив термін служби цинк-іонних акумуляторів. Про це пише Interesting Engineering.

Цинк-іонні акумулятори (ZIB) працюють за тим самим принципом, що й літій-іонні акумулятори. Метал виступає як анод, а цинковий інтеркалювальний матеріал служить катодом. Акумулятор має високу щільність енергії і не схильний до загорянь, як його літій-іонний аналог. Велика кількість цинку в природі робить їх економічно ефективними і стійкими, а їхня здатність до швидкого заряджання і розряджання робить їх ідеальними для комерційного використання.

Цинкові батареї мають більш тривалий термін служби, ніж літій-іонні батареї. Проте, проблеми з "цинковими дендритами" і небажаними побічними реакціями загальмували їх широкомасштабне впровадження.

Використання пористого органічного полімеру в аноді ZIB вирішує ці проблеми, а також збільшує термін його служби на кілька порядків.

Дослідники з TUM розмістили кристалічну 2D пористу фторовану ковалентну органічну структуру, звану (TpBD-2F), на аноді ZIB, що слугує захисним шаром. Матеріал створює одновимірні фторовані наноканали, через які іони цинку можуть легко текти, відштовхуючи молекули води. Це запобігає утворенню голчастих структур у батареї, зазвичай званих щільностями цинку, а також зупиняє реакції, які запускають виробництво водню.

Захисна плівка також забезпечує стабільне покриття/видалення в симетричних комірках упродовж більш ніж 1200 год за умови 2 мА см-2, повідомили дослідники в статті, опублікованій раніше цього місяця.

У дослідницькій роботі також ідеться, що паливні елементи, зібрані з використанням захисного шару, продемонстрували термін служби понад 100 000 циклів за щільності струму 5 А на грам. Це дійсно неймовірний результат дослідження, — сказав Роланд Фішер, професор неорганічної та металоорганічної хімії в TUM.

Дослідницька група розробила ґудзикову комірку в рамках демонстрації прототипу технології. Вони впевнені, що її також можна масштабувати для більших застосувань. Тепер справа за інженерами, які повинні взятися за цю ідею і розробити відповідні виробничі процеси.

Источник: focus.ua