Железо вместо платины: создан новый катализатор для аккумуляторов будущего13.06.2026 11:30

Учёные из Университета Тохоку в Японии разработали новый катализатор на основе железа, который может сделать цинк-воздушные аккумуляторы значительно эффективнее и долговечнее. Такие батареи считаются одним из самых перспективных кандидатов на замену литий-ионных аккумуляторов благодаря низкой стоимости, высокой безопасности и использованию доступных материалов.

Цинк-воздушные батареи отличаются от привычных литий-ионных тем, что используют кислород из окружающего воздуха для выработки электроэнергии. Благодаря этому они способны хранить больше энергии при меньших затратах на производство. Кроме того, цинк значительно дешевле лития и широко доступен по всему миру.

Однако у технологии долгое время оставалась серьёзная проблема. Для эффективной работы таких аккумуляторов необходимо быстрое протекание реакции восстановления кислорода — одного из ключевых процессов внутри батареи. Обычно для её ускорения применяются дорогие катализаторы на основе платины и других редких металлов, что делает производство слишком затратным.

Японские исследователи решили обойти это ограничение с помощью более дешёвых материалов. Они взяли оксид железа (Fe2O3) — недефицитный, стабильный в щелочной среде и очень дешевый материал. Сам по себе оксид железа работает плохо: он слишком прочно связывает гидроксильные группы, не давая продуктам реакции своевременно высвобождаться, что «отравляет» катализатор и замедляет процесс. Чтобы обойти это ограничение, исследователи искусственно создали гетероструктурный «интерфейс», совместив оксид железа (Fe2O3) с оксидом самария (Sm2O3). Это позволило оптимально ослабить избыточную связь между атомами железа и гидроксильными группами. В результате реакция пошла безбарьерно, а сам катализатор продемонстрировал хорошую стабильность.

В результате новый материал показал высокую активность, стабильную работу и хорошую долговечность даже после длительных циклов заряда/разряда.

Разработку проверили не только в лабораторных расчётах, но и с помощью реальных устрйоств. Экспериментальные цинк-воздушные элементы питания успешно обеспечили работу светодиодной лампы и даже смогли полностью зарядить смартфон.

По словам профессора Университета Тохоку Хао Ли, новая технология позволяет значительно повысить эффективность цинк-воздушных батарей как в традиционном жидком исполнении, так и в современных гибких твердотельных вариантах.

Если технология будет успешно масштабирована для промышленного производства, такие аккумуляторы смогут использоваться в самых разных областях — от носимой электроники и мобильных устройств до крупных систем хранения энергии для солнечных и ветряных электростанций.

В дальнейшем исследователи планируют применить тот же подход к другим типам аккумуляторов и энергетических систем. По их мнению, это может помочь создать более дешёвые, безопасные и экологичные способы хранения энергии, которые станут альтернативой современным литий-ионным технологиям.

©  iXBT