В США разработали цинковую батарею с рекордной ёмкостью хранения энергии
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали новый гибридный цинк-ионный аккумулятор с электродом, изготовленным методом трёхмерной печати. По данным учёных, устройство способно накапливать более чем в семь раз больше энергии по сравнению с аналогичными гибридными системами. При этом после 1500 циклов зарядки и разрядки батарея сохранила 82 % своей первоначальной ёмкости.
Новая разработка предназначена для систем хранения энергии, где важны высокая скорость зарядки и разрядки, длительный срок службы и низкая стоимость. Исследователи рассматривают цинк как перспективную альтернативу литию, поскольку этот металл примерно в 100 раз более распространён, проще добывается и легче перерабатывается.
По словам одного из руководителей исследования Махера Эль-Кади, в будущем для масштабных систем накопления энергии потребуется сочетание разных технологий, а не использование только литий-ионных аккумуляторов. Разработанная технология позволяет создать цинк-ионные гибридные устройства с ёмкостью почти на порядок выше существующих аналогов.
Конструкция нового устройства сочетает свойства аккумулятора и суперконденсатора. Один электрод отвечает за накопление энергии по принципу традиционной батареи, а второй представляет собой углеродный электрод, характерный для суперконденсаторов, которые отличаются высокой скоростью зарядки и длительным сроком службы.
Чтобы устранить главный недостаток суперконденсаторов — относительно низкую энергоёмкость, — учёные значительно увеличили площадь поверхности углеродного электрода и нанесли на него оксид ванадия, способный запасать большое количество энергии.
Электрод был изготовлен методом трёхмерной печати и получил пористую структуру, напоминающую пчелиные соты или губку. После специальной термической и химической обработки внутри остался только проводящий углерод с большим количеством открытых пор, которые затем были заполнены оксидом ванадия. По оценкам исследователей, если развернуть внутреннюю поверхность всего одного грамма такого материала, ее площадь будет сопоставима примерно с десятью теннисными кортами.
Помимо новой батареи учёные также разработали недорогую 3D-печатную испытательную ячейку для лабораторных исследований накопителей энергии. Она позволяет получать более точные и воспроизводимые результаты по сравнению с традиционными открытыми лабораторными установками, а также значительно дешевле готовых стеклянных измерительных систем.
Исследование в журнале Small.