Новая технология 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 науки о материалах Барселоны (ICMAB-CSIC) разработали новую архитектуру для цинк-воздушных батарей, которая позволяет увеличить их мощность на 80 %, не изменяя их основную химию. В систему встроены проводящие элементы внутри батареи, которые работают как беспроводные биполярные электроды, облегчая перенос заряда и снижая внутреннее сопротивление.
РЕКЛАМА
РЕКЛАМА
Этот прогресс открывает новую возможность для создания более эффективных и высокопроизводительных батарей. Исследование, опубликованное в журнале «Energy Storage Materials», выполнено в сотрудничестве с Институтом каталонской нанонауки и нанотехнологий (ICN2) и Национальным университетом Ла-Платы (Аргентина).
По словам исследователей, эта работа и предыдущие исследования группы ставят под сомнение традиционный дизайн батарей и предлагают новый подход к созданию систем хранения энергии.
Принцип проектирования, который меняет правила
Батареи вырабатывают электричество благодаря разности энергии между материалами их двух электродов. Заряды перемещаются от одного электрода к другому через электролит — среду, которая обеспечивает движение ионов. До сих пор считалось, что этот компонент должен препятствовать прохождению электронов, чтобы исключить риск короткого замыкания. Новое исследование оспаривает этот принцип.
Команда под руководством Ньевес Касан-Пастор, исследовательницы ICMAB-CSIC, показала, что при определённых условиях небольшие проводящие металлические детали можно встраивать внутрь батареи, не соединяя их ни с электродами, ни с внешней цепью, и это даже улучшает её работу.
Ключевую роль играет электрическое поле, которое возникает между двумя электродами, когда батарея находится в работе. Учёные установили, что введение между ними одного или нескольких изолированных проводящих элементов не вызывает короткого замыкания и может способствовать улучшению переноса заряда.
Электрическое поле поляризует проводящие детали, которые накапливают противоположные заряды на своих концах и создают новые пути для переноса заряда. Это снижает внутреннее сопротивление и позволяет быстрее подавать энергию. «Удивительно, что эти проводники вообще ни к чему не присоединены проводами: их просто помещают в систему, и они дают положительный эффект», — объясняет Касан-Пастор.
Задача с кислородом: ключ к новому дизайну
Исследование, которое является частью докторской диссертации Марка Москеды, демонстрирует потенциал цинк-воздушных батарей, изготавливаемых из распространённых, недорогих и безопасных материалов, но ограниченных медленной реакцией кислорода.
Новый дизайн включает беспроводные биполярные электроды, которые снижают внутреннее сопротивление и ускоряют подачу энергии, что позволяет увеличить мощность на 80 %.
По словам Касан-Пастор, это открытие прокладывает путь, который можно было бы применить к разным технологиям хранения энергии. Группа уже наблюдала схожие эффекты в других системах и продолжит изучать возможности беспроводных биполярных электродов.