Этот эффект свойствен нескольким типам аккумуляторов, в том числе цинк-йодным аккумуляторам на водном электролите. Инженеры Цзилиньского университета и Чанчуньского института прикладной химии нащупали подход, при котором этот эффект исчез. Согласно их исследованию, опубликованному в журнале Science China Chemistry, это позволило разработать прототип аккумулятора, сохраняющий 89,34% своей емкости даже после 10 000 циклов заряда-разряда. Для сравнения, литиевые аккумуляторы выдерживают от 500 до 5000 циклов.
Ученые победили «шаттл-эффект» и создали аккумулятор, выдерживающий 93 000 циклов зарядки
Избавив водную цинковую батарею от этого вредного эффекта, китайские ученые создали аккумуляторный элемент с рекордной долговечностью.
Иллюстративное изображение. Источник: ETH Zurich, public domain image.
Шаттл-эффектом современные химики называют образование нежелательных промежуточных соединений в электрической батарее, из-за которых она теряет емкость.
Изменили химию катода
Водные цинк-йодные аккумуляторы считаются перспективным вариантом благодаря высокой теоретической емкости и способности к быстрой зарядке. Однако их долговечность оставалась ограниченной из-за нестабильности йодных катодов: ионы йода со временем мигрируют в электролит.
Исследовательская группа разработала катоды из углеродных нанотрубок, модифицированных гидроксильными, карбоксильными и аминными функциональными группами.
Расчеты и лабораторные анализы показали, что такие нанотрубки эффективно связывают соединения йода. Они имеют очень высокую удельную поверхность (около 1005 кв. м на грамм), которая работает как якорь, удерживающий ионы йода в каналах нанотрубок, поясняет Kantan News. С помощью спектроскопии ученые позже подтвердили, что вредный эффект шаттла полностью подавлен, а химические реакции стали почти на 100% обратимыми.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
93 000 циклов без деградации
Сначала исследователи испытали новый катод на прототипе батареи-таблетки. Он показал начальную обратимую емкость 175,5 мА·ч/г при плотности тока 1 А/г. Затем был проведен стресс-тест при плотности тока в 10 раз выше. Аккумулятор показал емкость 120 мА·ч/г — чуть ниже, чем для литиевых аналогов. Зато он сохранял рабочие параметры на протяжении феноменальных 93 400 циклов заряд-разряд. Такой показатель долговечности ранее нигде не заявлялся для водных цинковых аккумуляторов.
Затем исследователи изготовили прототип пакетного аккумулятора, более приближенный к промышленным образцам, и подвергли его испытаниям в разных реалистичных сценариях. Он сохранил 91,7% емкости после 350 циклов заряда-разряда.
Не ждите появления вечных ноутбуков и смартфонов
Цинк-йодные аккумуляторы не подходят для гаджетов, а основной сферой их применения станут системы накопления энергии, создаваемые при электростанциях. Надеемся, вы не разочарованы.
Загружаем