Возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца, могут помочь снизить зависимость мира от ископаемого топлива. Но для начала энергетическим компаниям нужен безопасный, экономичный способ хранения энергии для последующего использования.
Массивные литий-ионные аккумуляторы могут выполнять эту работу, но они страдают от проблем безопасности и ограниченной доступности лития. Теперь исследователи, сообщающие в нано-сообщениях ACS, создали прототип батареи без анода на основе цинка, которая использует недорогие, естественно богатые материалы.
Водные цинковые батареи ранее были исследованы для хранения энергии в сетевом масштабе из-за их безопасности и высокой плотности энергии. Кроме того, материалы, используемые для их изготовления, естественно, в изобилии.
Однако разработанные до сих пор перезаряжаемые цинковые батареи требовали толстых цинковых металлических анодов, которые содержат большой избыток цинка, что увеличивает стоимость.
Кроме того, аноды склонны к образованию дендритов-кристаллических выступов металлического цинка, которые осаждаются на аноде во время зарядки, что может привести к короткому замыканию батареи.
Юнпэй Чжу, и Цуй и Хусам Альшариф задавались вопросом, действительно ли нужен цинковый анод. Черпая вдохновение из предыдущих исследований» свободных от анода » литиевых и натриевых металлических батарей, исследователи решили сделать батарею, в которой богатый цинком катод является единственным источником цинкования на медном токоприемнике.
В своей батарее исследователи использовали катод из диоксида марганца, предварительно интеркалированный ионами цинка, водный раствор электролита трифторметансульфоната цинка и токоприемник из медной фольги.
Во время зарядки цинковый металл покрывается медной фольгой, а во время разрядки металл снимается, высвобождая электроны, которые питают батарею. Чтобы предотвратить образование дендритов, исследователи покрыли медный токоприемник слоем углеродных нанодисков.
Этот слой способствовал равномерному цинкованию, тем самым предотвращая образование дендритов,и повышал эффективность цинкования и зачистки. Аккумулятор показал высокую эффективность, плотность энергии и стабильность, сохранив 62,8% своей емкости после 80 циклов зарядки и разрядки. Конструкция батареи без анода открывает новые направления для использования водных цинковых батарей в системах хранения энергии, говорят исследователи.
Материалы предоставлены Американским химическим обществом