Newswise — КЛИВЛЕНД — Литий-ионные аккумуляторы питают все — от электромобилей до носимых устройств. Но новое исследование Университета Кейс Вестерн Резерв предполагает, что более устойчивой и экономически эффективной альтернативой могут быть батареи на основе цинка.

В исследовании, опубликованном недавно в Прикладная химия Исследователи объявили о значительном шаге на пути к созданию высокопроизводительных и недорогих цинк-серных батарей.

«Это исследование знаменует собой важный шаг вперед в разработке более безопасных и устойчивых решений для хранения энергии», — сказал Чейз Цао, главный исследователь и доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Инженерной школе Кейса. «Водные цинк-серные батареи открывают потенциал для питания широкого спектра применений — от систем возобновляемой энергии до портативной электроники — с меньшим воздействием на окружающую среду и использованием дефицитных материалов».

Литий-ионные батареи, хотя и широко используются, дороги, основаны на относительно редких материалах и сложны в производстве. Напротив, в цинк-серных батареях используются более распространенные и недорогие материалы, и они вызывают меньше проблем с окружающей средой и безопасностью.

Однако такие проблемы, как коррозия цинковых анодов, низкая проводимость и рост дендритов, исторически препятствовали их коммерческой жизнеспособности.

Команда Цао преодолела эти препятствия, представив две ключевые добавки: метиловый эфир пропиленгликоля и йодид цинка. Эта технология обеспечила несколько важных улучшений: увеличила энергетическую емкость на 20%, улучшила проводимость и стабильность, а также подавила рост дендритов цинка.

Если дендриты соединяют положительную и отрицательную стороны батареи, это может привести к короткому замыканию и вызвать пожар — еще одна серьезная проблема с литий-ионными батареями.

«Эти добавки не только повышают эффективность аккумуляторов, но и решают давние проблемы безопасности, уменьшая образование дендритов», — сказал Гуйинь Сюй, профессор Университета Дунхуа в Шанхае и состарший автор. «В результате получается компактная батарея более высокой плотности, которую можно перезаряжать большее количество раз без существенного ухудшения качества».

Последствия этого прорыва выходят за рамки доступности и безопасности. Цинк-серные батареи имеют более высокую плотность энергии, чем литий-ионные аналоги, что позволяет создавать более компактные и долговечные конструкции. Это может изменить ситуацию с хранением возобновляемой энергии и устройствами, требующими надежности и эффективности.

Основной интерес Цао в разработке более совершенных аккумуляторов — это новая мягкая робототехника и передовые сенсорные системы, обе из которых основаны на емких и долговечных батареях. Например, он разрабатывает биологических плавающих роботов, чья выносливость зависит от прочных и легких батарей, способных без сбоев обеспечивать длительные миссии — робот не может разрядиться в середине миссии или никогда не вернется. Цао, который руководит лабораторией мягких машин и электроники в CWRU, также разрабатывает новые технологии для исследования космоса и сельского хозяйства, а также для удаления повсеместного и опасного космического мусора.

Исследование также проводилось совместно с исследователями из Фуданьского университета в Шанхае и Гонконгского университета науки и технологий.

###

В Case Western Reserve, одном из ведущих исследовательских университетов страны, мы стремимся искать знания и находить решения некоторых из наиболее насущных мировых проблем. Около 6200 студентов и 6100 аспирантов из 96 стран обучаются по более чем 250 программам обучения в области искусства, стоматологической медицины, инженерии, права, менеджмента, медицины, сестринского дела, науки и социальной работы. Наше расположение в Кливленде, штат Огайо, — центре культурной, деловой и медицинской деятельности — дает студентам беспрецедентный доступ к академическим, исследовательским, клиническим, предпринимательским и волонтерским возможностям и готовит их присоединиться к нашей сети, состоящей из более чем 125 000 выпускников, оказывающих влияние по всему миру. Посещать Case.edu чтобы узнать больше.