Цинковые батареи станут "неубиваемыми": ученые решили их главную проблему

Исследователи из Китая и Сингапура разобрались с главной проблемой органических батарей, сообщает interestingengineering.com. Такие батареи считались перспективным решением – так как они легкие, поддаются переработке и не содержат токсичных металлов. Но большим минусом всегда было то, что им не хватало мощности и стабильности.

Теперь исследователи представили полимер на основе гексаазатрифенилена под названием HAT-TP, который устанавливает новый стандарт в области хранения энергии. Он обеспечивает впечатляющее начальное разрядное напряжение 1,32 В и сохраняет 93,4% своей емкости после 40 тысяч циклов. Это достижение является одним из самых долговечных показателей, когда-либо зафиксированных для цинк-органических аккумуляторов на водной основе.

Ученые создали полимер HAT-TP, связав гексаазатринафтилен (HAT-CN) и гексааминотриптицен (THA-NH₂) в трехмерный каркас. Такая архитектура подавляет растворимость и увеличивает количество электроактивных центров, доступных для координации ионов. Анализы ex situ и моделирование с использованием теории функционала плотности показали, что батарея работает посредством обратимого механизма совместной вставки Zn²⁺/H⁺ (это обеспечивает процесс переноса пяти электронов для высокой окислительно-восстановительной активности).

Теоретическое моделирование показало более сильный прирост свободной энергии Гиббса для связывания Zn²⁺/H⁺ в HAT-TP по сравнению с HAT-CN, что объясняет его высокий потенциал разряда. "Наша работа демонстрирует, что трехмерная молекулярная полимеризация является мощной стратегией для преодоления давних барьеров в цинк-органических батареях", — заявили авторы исследования. Они считают, что принципы проектирования 3D-полимеров могут преобразовать и другие системы, включая литий-серные и натриевые аккумуляторы.

Также сообщалось, что сверхъемкие батареи могут работать на простом воздухе. Ключом к прорыву стало внедрение уникального материала – графеновой "мезогубки".