Литиевым на замену: созданы аккумуляторы, выдерживающие 10 000 циклов зарядки-разрядки

Новый мезопористый графитовый войлочный электрод, легированный азотом и покрытый углеродом, повысил производительность и долговечность цинк-бромных батарей, достигнув более 10 000 циклов зарядки. О достижениях ученых из Института науки и технологий Кванджу (GIST) в Южной Корее рассказало издание Interesting Engineering.

Значительным достижением в области технологий хранения энергии является разработка нового электрода, который эффективно подавляет вредное явление саморазряда в беспроточных цинк-бромных батареях (FLZBB).

Поиски чистой и устойчивой энергии продолжаются, и исследователи постоянно разрабатывают инновации для улучшения систем хранения энергии. Литий-ионные аккумуляторы, хотя и доминируют, имеют серьезную проблему безопасности: они содержат легковоспламеняющиеся электролиты. FLZBB предлагают многообещающую альтернативу благодаря своим негорючим свойствам. Однако их широкому распространению препятствует саморазряд, но исследователи из GIST решили эту проблему.

Цинк-бромные батареи имеют ряд преимуществ перед литий-ионными. Они безопаснее, экономичнее и проще по конструкции. Работают с положительным электродом, отрицательным электродом, разделителем и гелеобразным электролитом. Однако во время работы ионы брома, образующиеся на положительном электроде, могут мигрировать к отрицательному электроду, вызывая саморазряд и снижая производительность. Это стало серьезным препятствием для FLZBB.

Новый легированный азотом мезопористый электрод из толстого графитового фетра (NMC/GF), покрытый углеродом, эффективно останавливает саморазряд. В итоге FLZBB аккумуляторы стали более безопасными и стабильными. Электрод NMC/GF изготавливается простым и экономичным методом: стандартный электрод из графитового фетра покрывают материалами-прекурсорами с последующей сушкой, пока он не затвердеет. Крошечные поры NMC-покрытиея вместе со стратегически расположенными участками азота удерживают ионы брома внутри положительного электрода. Это предотвращает их миграцию к отрицательному электроду, останавливая саморазряд.

Цинк-бромные аккумуляторы, оснащенные электродом NMC/GF, продемонстрировали исключительную эффективность: кулоновский КПД 96% и энергетический КПД 76% при определенной плотности тока. Они также обеспечили высокую емкость по площади (количество заряда, хранимого на единицу площади) — 2 мА*ч/см2. Эти батареи также выдержали более 10 000 циклов зарядки и разрядки, что является свидетельством их долгосрочной стабильности. Кроме того, использование толстого электрода GF потенциально может снизить стоимость энергохранилища.

Разработка может произвести революцию в мире хранения энергии.