Новая разработка Института науки о материалах Барселоны снижает потери энергии и повышает эффективность цинк-воздушных батарей, открывая путь к её применению в разных системах хранения.
В Испании, исследователи Института наук о материалах Барселоны (ICMAB-CSIC) разработали новую архитектуру для цинк-воздушных аккумуляторов, которая позволяет повысить их мощность до 80 % без изменения их основной химии. В систему внутри батареи встроены проводящие элементы, выполняющие роль беспроводных биполярных электродов, что облегчает перенос зарядов и снижает внутреннее сопротивление.
РЕКЛАМА
РЕКЛАМА
Это достижение открывает новые возможности для разработки более эффективных и высокопроизводительных батарей. Исследование, опубликованное в журнале Energy Storage Materials, выполнено в сотрудничестве с Каталонским институтом нанонауки и нанотехнологии (ICN2) и Национальным университетом Ла-Платы (Аргентина).
По словам исследователей, эта работа и предыдущие исследования группы ставят под вопрос традиционный дизайн аккумуляторов и предлагают новый подход к проектированию систем хранения энергии.
Принцип проектирования, меняющий правила
Аккумуляторы вырабатывают электричество за счёт разницы энергии между материалами двух электродов. Заряды перемещаются от одного электрода к другому через электролит, материал, который обеспечивает движение ионов. До сих пор считалось, что этот компонент должен блокировать прохождение электронов, чтобы исключить риск короткого замыкания. Новое исследование ставит под сомнение этот принцип.
Команда под руководством Ньевес Касан-Пастор, исследователя ICMAB-CSIC, показала, что при определённых условиях небольшие проводящие металлические элементы можно разместить внутри батареи, не подключая их ни к электродам, ни к внешней цепи, и это даже улучшает её работу.
Ключевую роль играет электрическое поле, которое возникает между двумя электродами, когда батарея работает. Учёные установили, что размещение между ними одного или нескольких изолированных проводников не вызывает короткого замыкания и может способствовать улучшению переноса заряда.
Электрическое поле поляризует проводящие элементы: на их концах накапливаются противоположные заряды, и возникают новые пути для переноса заряда. Это снижает внутреннее сопротивление и позволяет быстрее подавать энергию. «Поразительно, что эти проводники ни к чему не подключены проводами: их просто помещают в систему, и они дают положительный эффект», – объясняет Касан-Пастор.
Проблема кислорода – ключевой элемент нового дизайна
Исследование, являющееся частью докторской диссертации Марка Москеды, показывает потенциал цинк-воздушных аккумуляторов, изготовленных из распространённых, недорогих и безопасных материалов, но ограниченных медленной реакцией кислорода.
В новом дизайне используются беспроводные биполярные электроды, которые снижают внутреннее сопротивление и ускоряют подачу энергии, что позволяет увеличить мощность до 80 %.
По словам Касан-Пастор, это открытие прокладывает путь к решениям, которые могут быть применены в разных технологиях хранения энергии. Группа уже наблюдала аналогичные эффекты в других системах и намерена продолжить изучение возможностей беспроводных биполярных электродов.