Электролиты с «анионным мостиком» позволили создать сверхстабильные цинковые батареи
Инженеры из Мэрилендского университета (University of Maryland) и Брукхейвенской национальной лаборатории (Brookhaven National Laboratory) разработали структуру электролита, которая подавляет образование дендритов и обеспечивает рекордную эффективность цинковых аккумуляторов.
Группа исследователей под руководством профессора Чуншэна Ванна (Chunsheng Wang) и доктора Децзяня Дуна (Dejian Dong) представила решение фундаментальной проблемы цинковых батарей. Несмотря на их безопасность и низкую стоимость, такие элементы питания ранее страдали от короткого срока службы из-за распада молекул воды и роста цинковых дендритов — иглообразных структур на аноде, вызывающих короткое замыкание.
Учёные создали низкоконцентрированные водные электролиты, которые по характеристикам не уступают дорогим и вязким составам типа «вода в соли» (water-in-salt), но при этом сохраняют высокую проводимость и низкую себестоимость.
Фото: Dong et al.Ключевым решением стала регуляция «вторичной сольватной оболочки». Исследователи использовали фторированные анионы и соли с донорными числами выше 18. Это позволило сформировать уникальную молекулярную структуру — «вторичную сольватную оболочку с анионными мостиками», где отрицательно заряженные ионы связываются не только с ионами цинка, но и с окружающими молекулами воды.
Такая архитектура изолирует цинковый анод от побочных реакций с водой и обеспечивает формирование стабильной межфазной границы. По словам авторов, инновация позволяет одновременно улучшить все свойства электролита, не принося в жертву проводимость ради стабильности.
В ходе лабораторных экспериментов новые батареи продемонстрировали кулоновскую эффективность на уровне 99,99% на протяжении более 1 000 циклов работы при плотности энергии до 130 Вт·ч/кг. Соавтор работы, профессор Чуншэн Ванн (Chunsheng Wang) подчеркнул, что предложенная стратегия проектирования электролитов открывает путь к коммерциализации дешёвых и безопасных систем хранения энергии для солнечной и ветровой энергетики. В ближайших планах команды — применение этого концепта к другим типам электролитов и углубленное изучение интерфейсных процессов с помощью передовых методов характеризации.
iXBT прочитано 970 раз
