Вчені розробили безанодну цинкову батарею для зберігання відновлюваної енергії

Поновлювані джерела енергії покликані зменшити залежність людства від викопних видів палива. Але для повсюдного використання «чистої» енергії необхідно розробити ще й безпечний та економічний рентабельний спосіб її зберігання. Група вчених створила прототип безанодної батареї на основі цинку в якій використовуються недорогі та доступні матеріали.

Водні батареї на основі цинку і раніше привертали увагу дослідників своєю безпекою та високою щільністю енергії. До того ж вони виготовляються з широко доступних в природі матеріалів. Однак створені раніше цинкові акумулятори вимагали наявності товстих анодів з металевого цинку, що серйозно збільшувало собівартість батареї. Крім того, аноди схильні до формування дендритів - кристалічних відкладень, що викликають коротке замикання.

Дослідники Юнпей Чжу та Хусам Альшаріф з Науково-технологічного університету імені короля Абдалли (Саудівська Аравія), спільно з Юи Цуй зі Стенфордського університету (США), вирішили обійтися зовсім без анода. Взявши за зразок безанодні літієві та натрієві батареї, вони розробили акумулятор, в якому багатий цинком катод став єдиним джерелом цинкового покриття на мідному струмознімачі.

Вчені використали в новій батареї катод з діоксиду марганцю інтеркальований іонами цинку. В якості електроліту вчені використали водний розчин тріфторметансульфоната, а в якості струмознімача - мідну фольгу. Під час зарядки металевий цинк наноситься на мідну фольгу, а під час розрядки метал відділяється, вивільняючи електрони, які живлять акумулятор.

Для запобігання утворенню дендритів розробники покрили мідний струмознімач рівномірним шаром вуглецевих нанодисків. Цей шар сприяє рівномірному розподілу цинку, тим самим запобігаючи утворенню дендритів та збільшує ефективність. Батарея продемонструвала високу продуктивність, щільність енергії та стабільність, зберігши 62,8% своєї місткості після 80 циклів заряду-розряду.

За словами розробників, безанодна конструкція батареї відкриває нові можливості у використанні водних батарей на основі цинку в системах зберігання відновлюваної енергії. Дослідження опубліковане в журналі ACS Nano Letters.