Литиевым батареям конец: цинковые аккумуляторы их заменят, они стали эффективнее на 99%

Новая формула электролита позволила достичь средней кулоновской эффективности 99,96% и поддерживать стабильную работу до 600 циклов зарядки-разрядки цинк-ионных аккумуляторов, пишет interestingengineering.com.

Водные цинк-ионные аккумуляторы (AZIB) обладают преимуществом перед литиевыми аналогами благодаря своей безопасности, экономической эффективности и электрохимическим свойствам металлического анода Zn. Однако их эффективность часто снижается на границе раздела электрода и жидкого электролита. Молекулы воды в электролите склонны к разложению, а цинк осаждается неравномерно, образуя дендриты, которые могут вызывать короткие замыкания. Для решения этой проблемы исследователи сосредоточились на разработке сорастворителя для электролита.

Модифицированный сорастворитель на основе фосфата, диэтил(дифторметил)фосфонат (DEDFP), был разработан путем замены этоксильной группы в триэтилфосфате (TEP) на дифторметильную группу. Этот электролит демонстрирует исключительную стабильность при заряде-разряде, сохраняя 70% емкости в течение 486 циклов и сохраняя работоспособность более 700 циклов, что значительно превосходит стабильность системы на основе TEP, которая выходит из строя после 381 цикла.

Структурная модификация создает более слабое и оптимальное взаимодействие с ионами цинка по сравнению с исходной молекулой TEP. Это снижает энергию, необходимую для того, чтобы ионы цинка сбросили окружающую оболочку растворителя и осели на электроде.

Молекула DEDFP активно отталкивает молекулы воды от поверхности электрода, что имеет большое значение для подавления разложения воды – основной причины газообразования и снижения эффективности в водных системах.

DEDFP влияет на образование стабильного защитного слоя на поверхности цинкового электрода. Модифицированная молекула легче восстанавливается во время первоначальной зарядки аккумулятора.

Во время тестирования электроды, циклируемые в системе DEDFP, демонстрировали стабильные профили напряжения и морфологию даже при высоких плотностях тока. Цинк осаждался плоскими, латерально выровненными слоями, в отличие от нерегулярных или дендритных структур, которые образуются в электролитах на основе TEP и чистой воды.

Прирост производительности также был заметен в конфигурациях полных ячеек с катодом из V₆O₁₃, где система DEDFP демонстрировала стабильное сохранение емкости при более высоких скоростях заряда и разряда, в то время как другие системы быстро деградировали.

Цинковая батарея на основе DEDFP продемонстрировала достойное сохранение емкости – 65,4% в течение 300 циклов, что подтверждает потенциал технологии для практического применения.