Цинкові батареї стануть "невбиваними": вчені вирішили їхню головну проблему

Дослідники з Китаю і Сінгапуру розібралися з головною проблемою органічних батарей, повідомляє interestingengineering.com. Такі батареї вважалися перспективним рішенням — оскільки вони легкі, піддаються переробці і не містять токсичних металів. Але великим мінусом завжди було те, що їм не вистачало потужності та стабільності.

Тепер дослідники представили полімер на основі гексаазатрифенілену під назвою HAT-TP, який встановлює новий стандарт у сфері зберігання енергії. Він забезпечує вражаючу початкову розрядну напругу 1,32 В і зберігає 93,4% своєї ємності після 40 тисяч циклів. Це досягнення є одним із найдовговічніших показників, коли-небудь зафіксованих для цинк-органічних акумуляторів на водній основі.

Вчені створили полімер HAT-TP, зв'язавши гексаазатринафтилен (HAT-CN) і гексаамінотриптицен (THA-NH₂) у тривимірний каркас. Така архітектура пригнічує розчинність і збільшує кількість електроактивних центрів, доступних для координації іонів. Аналізи ex situ і моделювання з використанням теорії функціоналу щільності показали, що батарея працює за допомогою оборотного механізму спільної вставки Zn²⁺/H⁺ (це забезпечує процес перенесення п'яти електронів для високої окислювально-відновної активності).

Теоретичне моделювання показало сильніший приріст вільної енергії Гіббса для зв'язування Zn²⁺/H⁺ у HAT-TP порівняно з HAT-CN, що пояснює його високий потенціал розряду. "Наша робота демонструє, що тривимірна молекулярна полімеризація є потужною стратегією для подолання давніх бар'єрів у цинк-органічних батареях", — заявили автори дослідження. Вони вважають, що принципи проєктування 3D-полімерів можуть перетворити й інші системи, включно з літій-сірчаними та натрієвими акумуляторами.

Раніше стало відомо, що літієві батареї кардинально поліпшила нова технологія з Китаю. Елементи батареї можуть безпечно працювати протягом тисяч годин.

Також повідомлялося, що над'ємні батареї можуть працювати на простому повітрі. Ключем до прориву стало впровадження унікального матеріалу — графенової "мезогубки".