Новый пробой цинковой батареи может конкурировать с литий-ионными батареями
Литий является доминирующим аккумулятором в течение некоторого времени, но это несовершенный выбор. Может ли цинковая батарея лучше работать »// www.allaboutcircuits.com/news/li-ion-battery-fire-issues-could-be-solved-by-new-flame-retardant-separator/" target = "_ blank"> литиевые батареи со встроенным антипиреном. Стремясь решить эти проблемы, ученые проводят исследования, чтобы найти другой элемент, который мог бы заменить литий. Одним из лидеров является цинк.
Цинк как замена для лития
Существует огромное количество различных химикатов батарей, которые могут потенциально соответствовать роли. Тем не менее, их очень сложно довести до теоретического потенциала. Из всех возможных замен, кажется, что цинк имеет самые большие успехи в тестировании.
Цинк - удивительно старая школа; он использовался в большинстве стандартных щелочных батарей в качестве анода. Хотя цинк довольно распространен, он, к сожалению, не так хорошо работает, как аккумулятор, хотя он довольно безопасен, поскольку использует электролит на водной основе по сравнению с легковоспламеняющимися органическими электролитами в литиевых батареях.
Аноды из цинковых аккумуляторов обычно создаются путем склеивания частиц цинка вместе. Если аккумулятор проходит через несколько периодов подзарядки, он обычно начинает формировать слой оксида цинка, который менее эффективен при проведении и закрывает некоторые из цинка. Дендриты могут образовываться из-за разницы в распределении заряда, и из-за этого батарея создает риск короткого замыкания, поскольку эти дендриты могут перфорировать анодный барьер.
Дендриты цинка, образующиеся в воде. Изображение любезно предоставлено Corno, Stout, Yang и Gole из диффузионно-контролируемой самосборки и образования дендритов в серебристо-анатозном титании Nanospheres
Новая цинковая батарея
Теперь группа исследователей, возглавляемая Дебра Ролисон из Военно-морской исследовательской лаборатории Соединенных Штатов, потенциально создала безопасную версию цинковой батареи, которая может подавлять образование дендритов цинка.
Проблема образования дендрита была решена путем перепроектирования цинкового электрода. Первоначальная проблема, связанная с образованием дендритов, была обусловлена поведением цинка во время циклирования. Цинковые электроды обычно изготавливают путем связывания вместе и сушки цинковых эмульсий для создания порошка, который не имеет площади поверхности и способности распределять заряд равномерно, чтобы предотвратить образование дендрита.
Редизайн был выполнен в виде трехмерной губчатой структуры, способной распределять заряд равномерно во время циклов заряда.
«Электрические токи более равномерно распределены внутри губки, что физически затрудняет образование дендритов», - сказал Джозеф Паркер, исследователь из лаборатории военно-морских исследований Соединенных Штатов.
Слева направо: действующий секретарь ВМС Шон Дж. Штакли, Дебра Р. Роллисон, Джеффри У. Лонг, Джозеф Ф. Паркер и Делорес Эттер. Команда NRL была представлена д-ром Делорес М. Etter Awards за работу над цинковыми батареями в этом году. Изображение предоставлено NRL
Как это произошло?
Переработанная батарея была протестирована в сочетании с никелевым электродом и дала некоторые обнадеживающие результаты. Исследователи продемонстрировали аккумулятор, зарядив и разрядив 12-вольтовую версию более чем в 50 000 раз, сохраняя при этом свою пористую архитектуру.
Помимо замечательных результатов цикла зарядки, исследователь сделал некоторую математику и показал, что батарея способна удерживать больше заряда, была легче и меньше обычной свинцово-кислотной батареи. Были сделаны дополнительные расчеты, показывающие, что батарея может даже потенциально превосходить литий-ионные батареи в электромобилях с точки зрения пространства и веса.
В настоящее время исследователи сосредоточены на конфигурации цинка и дальнейшем развитии, поскольку цинковые батареи дешевле производить, чем наши литиево-ионные батареи, содержащие кобальт.
Rolison и ее коллеги предоставили эксклюзивную лицензию на исследования компании EnZinc, которая включает исследования, касающиеся электронных, колесных транспортных средств. Тем не менее, все еще существуют лицензии для других исследовательских приложений и доступных катодов.
Узнайте больше об исследовании в области науки.