Исследователи из Центра исследований перспективных материалов в Мексике (CIMAV) представили прототип цинково-воздушного аккумулятора, который функционирует даже после повреждений, воздействия огня и полного погружения в воду.
По словам авторов разработки, в таких экстремальных условиях обычные литий-ионные аккумуляторы обычно воспламеняются и выходят из строя. Проект, руководимый ведущим исследователем CIMAV, доктором философии Ноэ Арджоной показывает возможности цинково-воздушных аккумуляторов (ZAB) для безопасного и надежного хранения энергии.
«Мы избегаем использования литий-ионных аккумуляторов из-за множества проблем с безопасностью, связанных с воспламеняемостью электролитов в этих технологиях», — говорит Арджона.
Разработчики создали ZAB, использующую кислород из атмосферы для выработки энергии, вместо дорогих лития и кобальта. Внутри прибора заменены массивные металлические электроды на углеродный лист, покрытый отдельными атомами никеля, что значительно снижает затраты на металл и поддерживает высокую эффективность.
«Многочисленные металлы также создают проблемы безопасности при использовании в аккумуляторах. Многие из активных материалов находятся в списке критически важных. Поэтому мы стремились использовать как можно меньше металлов», — отметил Арджона.
Для исследования молекулярной структуры прототипа ZAB ученые применили синхротрон Canadian Light Source (CLS) в Университете Саскачевана. Это кольцевой ускоритель частиц, который с помощью электричества генерирует интенсивные световые лучи, более чем в миллион раз ярче солнечных.Мощное рентгеновское излучение подтвердило равномерное распределение атомов никеля по углеродной поверхности.
Такая конфигурация в сочетании с гелеобразным полимерным электролитом и цинком позволила минимизировать риски безопасности. Исследователи протестировали прототип, нанося на него удары гвоздём, поджигая и погружая в воду.
После всех испытаний ZAB осталась полностью работоспособной, демонстрируя беспрецедентный уровень безопасности и надежности. Конструкция аккумулятора сохраняла свою стабильность и эффективность даже при экстремальных температурах. Производительность не ухудшалась ни при высоких, ни при низких температурах.
«В Канаде существует серьезная проблема с зарядкой аккумуляторов при низких температурах, например, в электромобилях. Наши технологии не сталкиваются с подобными сложностями в холодную или жаркую погоду», — подчеркнул Арджона.
Он и его команда надеются, что стойкость ZAB к внешним воздействиям сделает данный тип аккумуляторов идеальными для электрических автомобилей, аэрокосмических технологий и удалённых датчиков. Использование обычных металлов, таких как никель, вместо лития и кобальта, может дополнительно сократить расходы. Команда исследует новые методы для улучшения экологичности аккумуляторов, включая использование биоразлагаемых материалов.
Тем не менее, несмотря на оптимистичный взгляд на конструкцию, Арджона отметил, что требуется дополнительное исследование, прежде чем она сможет полностью заменить существующие батареи. По его мнению, ключ к созданию безопасных систем хранения энергии — это разработка одноатомных катализаторов.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces
Источник: Interesting Engineering
