Исследователи Института материаловедения Барселоны (ICMAB-CSIC), Каталонского института нанонауки и нанотехнологий (ICN2) и Национального университета Ла-Платы (Аргентина) предложили новую конструкцию цинк-воздушного аккумулятора. Добавление в электролит изолированных металлических элементов позволило увеличить объемную плотность мощности максимум на 80% без изменения химии источника тока. Результаты опубликованы в журнале Energy Storage Materials.
В классической конструкции аккумулятора электролит проводит ионы, но не электроны: любой проводящий элемент между электродами считается источником короткого замыкания. Группа под руководством Нивес Касань-Пастор (ICMAB-CSIC) поместила в электролит безмембранной цинк-воздушной ячейки небольшие металлические элементы, которые не подключены ни к электродам, ни к внешней цепи. Исследователи испытали вставки из платины и цинка. Работа выполнена в рамках диссертации Марка Москеды.
Как это работает
Во время работы аккумулятора между электродами действует электрическое поле. Оно поляризует свободный проводник: на одном его конце накапливается положительный заряд, на другом — отрицательный. Такой элемент становится беспроводным биполярным электродом. Короткого замыкания не происходит: такие элементы создают дополнительные пути переноса заряда в электролите и снижают внутреннее сопротивление ячейки.
По данным авторов, в зависимости от материала и геометрии вставок объемная плотность мощности выросла максимум на 80%, предельная плотность тока — более чем на 50%. Омическое внутреннее сопротивление снизилось максимум на 64%, перенапряжение — максимум на 300 мВ.
Значение для отрасли
Цинк-воздушные аккумуляторы считаются перспективной альтернативой литий-ионным: цинк дешев и распространен, а водный электролит негорюч. Главное ограничение технологии — низкая удельная мощность, связанная прежде всего с медленной реакцией восстановления кислорода на воздушном электроде. Предложенный подход не меняет химию системы, а улучшает перенос заряда внутри ячейки. Авторы считают, что принцип можно применить и к другим типам электрохимических накопителей энергии. Речь пока идет о лабораторных результатах, для промышленного применения конструкцию предстоит масштабировать.
