Придумали аккумуляторы, которые будут работать годами лучше литий-ионных: в чем секрет

Литий-ионные аккумуляторы, нынешняя "рабочая лошадка" электромобилей и возобновляемых источников энергии, скоро достигнут предела своих возможностей. Они дороги, со временем деградируют и не всегда могут обеспечить необходимый запас хода или стабильность для масштабных приложений. Металло-воздушные аккумуляторы смогут их заменить, сообщает Chemical Engineering Journal.

Двумерная структура ускоряет реакции в батарее

Ученые давно рассматривают кислородные реакции, реакцию восстановления кислорода (ОВК) при разряде и реакцию выделения кислорода (ОВК) при заряде, как основные препятствия для развития металловоздушной технологии. Без быстрого и надежного катализатора, управляющего этими процессами, аккумуляторы теряют эффективность и быстро изнашиваются. Чтобы решить эту проблему, исследователи из Университета Монаша разработали новый катализатор, который может значительно повысить эффективность и срок службы металловоздушных аккумуляторов – технологии, которая считается ключевой для экологически чистого хранения энергии.

Группа специалистов создала CoFe-2DSA – двухметаллический одноатомный катализатор, изготовленный из кобальта и железа, внедренных в ультратонкие пористые углеродные листы. Эти катализаторы ускоряют кислородные реакции, которые обычно снижают производительность аккумуляторов.

В ходе испытаний такие аккумуляторы продемонстрировали более высокую энергоемкость, большую выходную мощность и исключительную стабильность на протяжении тысяч циклов зарядки-разрядки.

Новый катализатор CoFe-2DSA имеет уникальную структуру. Используя пиролиз с применением расплавленных солей, исследователи преобразовали трехмерный каркас кобальта-железа в двумерные нанолисты, создав микропоры, улучшающие перенос заряда и массы.

Долговечность цинк-воздушных аккумуляторов

Это структурное изменение обеспечивает огромную площадь поверхности для реакций и гарантирует эффективное использование атомов кобальта и железа на атомном уровне. На практике это означает меньше отходов материала и более эффективное преобразование энергии.

Тесты показали, что в качестве катода цинк-воздушного аккумулятора CoFe-2DSA достиг плотности мощности 229,6 мВт/см², удельной емкости 811,5 мА·ч/г и выдерживал более 3500 циклов в течение 74 дней.

Выдержав более 3500 циклов, материал продемонстрировал необычайно высокую долговечность для этого класса аккумуляторов, которые часто страдают от быстрого снижения емкости. Такой уровень стабильности делает катализатор особенно привлекательным для сетевых накопителей, где системы должны надежно работать годами.