Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа из южнокорейского Университета Сонгюнгван (SKKU) разработала новую электролитную добавку, которая продлевает срок службы водных батарей и увеличивает их ёмкость. Водные батареи считаются более безопасными и дешёвыми по сравнению с литий-ионными, однако ранее их развитие сдерживалось нестабильным осаждением цинковых электродов и побочными реакциями.
Команда под руководством профессора Хосока Пака из Университета Сонгюнгван (SKKU) обнаружила, что добавление небольшого количества специально разработанного цвиттер-ионного материала в электролит помогает преодолеть ключевые проблемы, препятствующие коммерциализации водных батарей. В отличие от литий-ионных батарей, водные батареи используют водный электролит, который негорюч, более экологичен и дешевле в производстве. Однако их производительность долгое время страдала из-за нестабильного осаждения цинка и побочных реакций между цинковым электродом и водой в процессе зарядки и разрядки, что приводило к коррозии, неравномерному накоплению металла и быстрому снижению ёмкости, сокращая срок службы батарей и ограничивая их масштабное применение.
Для решения этих проблем исследователи разработали цвиттер-ионную добавку под названием C10. Цвиттер-ионы одновременно несут положительный и отрицательный заряды в одной молекуле, что позволяет им уникальным образом взаимодействовать с окружающими ионами. При добавлении C10 в электролит молекулы самопроизвольно собираются в наноструктуры диаметром около 3,77 нм, которые, с одной стороны, направляют ионы цинка к более равномерному осаждению на поверхности электрода, уменьшая образование нерегулярных цинковых структур; с другой стороны, формируют тонкий защитный слой на поверхности цинкового металла, предотвращая его прямой контакт с водой и подавляя побочные реакции.
Эти комплексные эффекты привели к значительному улучшению характеристик: водные батареи с модифицированным электролитом стабильно работали более 2800 часов, достигая поверхностной ёмкости 8,10 мАч·см⁻². Исследовательская группа отмечает, что это один из лучших показателей среди водных батарей, когда-либо зарегистрированных в литературе. Профессор Пак заявил, что значительное повышение производительности достигается простым добавлением небольшого количества материала без использования дорогих материалов или сложных производственных процессов.
Одновременное повышение циклического ресурса и ёмкости хранения является давней проблемой в разработке водных батарей, и многие предыдущие методы часто могли улучшить только один из этих параметров за счёт другого. Новая стратегия с использованием электролита позволяет решить обе проблемы одновременно без дорогостоящих изменений в производстве. Исследователи считают, что эта технология может быть использована для крупномасштабного хранения энергии, где безопасность, стоимость и долговечность являются ключевыми факторами. Помимо хранения возобновляемой энергии, технология также потенциально применима для крупномасштабных систем хранения энергии в инфраструктуре искусственного интеллекта и центрах обработки данных. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Nano-Micro Letters».
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
