Разработка ионно-цинковых батарей нового поколения без риска взрыва или пожара

Команда исследователей под руководством доктора Джун-Ки Ли из Центра по изучению хранения энергии разработала вторичную батарею нового поколения, использующую металлический цинк в качестве электрода без риска взрыва или пожара.

Эта батарея достаточно безопасна для ношения на теле и может быть изготовлена в виде волокна, что означает, что в будущем она может быть применена в качестве источника энергии для носимых устройств.

Zn-ионные батареи

В последнее время спрос на безопасные батареи резко возрос, в основном из-за пожаров, происходящих в электронных устройствах, использующих литий-ионные батареи. Горючие электролиты являются основной причиной таких пожаров, но поскольку в вторичных Zn-ионных батареях используются электролиты на водной основе, опасность взрыва отсутствует. Таким образом, они считаются одним из наиболее перспективных кандидатов на замену литий-ионных аккумуляторов.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Однако цинковые аноды, которые являются основным материалом существующих Zn-ионных батарей, представляют собой неизбежную проблему, так как они подвергаются непрерывной коррозии в электролитах на водной основе. Мало того, что при хранении ионов цинка на металлической поверхности они накапливаются в виде кристаллов в виде веток (дендритов) и вызывают короткое замыкание между электродами, что приводит к резкому снижению эффективности. Были проведены исследования, направленные на решение этой проблемы, например, с помощью цинкового соединения, поверхностного покрытия, изменения формы, но были выявлены серьезные ограничения в отношении стоимости и времени обработки.

Команда под руководством доктора Ли из KIST разработала метод периодического анодирования, который предполагает многократное разрешение и блокировку потока тока на поверхности металлического электрода, тем самым успешно контролируя морфологию поверхностного покрытия и форму шаблона массива пленки оксида цинка одновременно.

Используя этот метод, группа исследователей KIST ингибировала образование дендритов в процессе электрохимической реакции, формируя функционализированную форму, в которой на поверхности металлического электрода цинка располагались гексагональные пирамиды. Согласно методу периодического анодирования, окись цинка, покрывающая верхнюю часть шестиугольной пирамиды, толстая, а по бокам тонкая. Изменение толщины заставляет металл цинка накапливаться сбоку с относительно более тонким слоем окиси цинка.

Дендриты являются проблемой, так как они накапливаются вертикально на поверхности металла, но новая разработанная технология вызывает рост пленки металлического цинка в горизонтальном направлении на поверхности электродов, и она способна эффективно подавлять образование дендритов. Что касается образующейся на поверхности пленки оксида цинка, то непосредственный контакт с электролитами был блокирован, тем самым предотвращая коррозию и боковую реакцию одновременно.

Разработанная в результате этого исследования Zn-ионная вторичная батарея сохранила почти 100% своей емкости в течение 1000 циклов, несмотря на то, что она многократно заряжалась и разряжалась в экстремальных условиях (9000 мА/г, полностью заряжена и разряжена примерно по две минуты каждая), что объяснялось ее структурной и электрохимической стабильностью.

На основе такой устойчивости исследователи KIST изготовили Zn-ионную вторичную батарею в виде гибких волокон. Помимо того, что она легко сгибается, ее можно использовать в составе одежды, а также в мешке, если он сделан из ткани.

Доктор Ли, старший научный сотрудник KIST, сказал: "Высокопроизводительная Zn-ионная вторичная батарея, разработанная в этом исследовании, не представляет никаких потенциальных рисков, связанных с Li-ионными батареями, входящими в контакт с человеческим телом". В то же время, мы ожидали, что он будет привлекать внимание, как вторичная батарея нового поколения, которая является безопасной для человеческого организма и не представляет никаких рисков взрыва или пожара, наряду с его отличной электрохимической производительностью, которая сопоставима с существующими коммерческими батареями с точки зрения емкости батареи". Похоже, что на основе отличной стабильности, улучшенных электрохимических характеристиках и простых процессах, можно будет сделать производственный процесс практичным для применения в реальной жизни". опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet