Ученые из Института материаловедения Барселоны совместно с Каталонским институтом нанонауки и нанотехнологий и Национальным университетом Ла-Платы в Аргентине предложили новую конструкцию цинк-воздушного аккумулятора, увеличивающую мощность до 80% без смены базовой электрохимии. В предложенной архитектуре проводящие элементы остаются разомкнутыми по отношению к внешней цепи, а их поляризация под действием электрического поля не замыкает цепь, а снижает внутреннее сопротивление.
Конструктивно решение выглядит так: внутри батареи размещаются небольшие проводящие элементы, не подключенные проводами ни к основным электродам, ни к внешней цепи. Они работают как беспроводные биполярные электроды и меняют распределение заряда внутри устройства. Принцип опирается на электрическое поле, возникающее между двумя электродами во время работы батареи: когда в электролит попадает электрически изолированный проводящий элемент, поле поляризует его — один конец заряжается положительно, другой отрицательно. Так возникают дополнительные пути переноса заряда без прямой электрической связи между электродами.
Особенно важен этот эффект для цинк-воздушных батарей, где скорость работы ограничивает электрохимическая реакция с участием кислорода. Реакция окисления цинка протекает благоприятно, система использует водную химию, тогда как кислородная реакция идет медленнее и сдерживает мощность устройства, пишет PV Magazine.
Беспроводные биполярные электроды облегчают перенос заряда через электролит и уменьшают потери, связанные с внутренним сопротивлением, что, согласно исследованию, позволяет поднять выходную мощность до 80%.
Ключевое преимущество — отсутствие необходимости менять основные электрохимические материалы батареи: модифицируется лишь ее внутренняя архитектура. Это позволяет обойти одно из главных ограничений цинк-воздушных технологий за счет дополнительного физического механизма, работающего наряду с активной химией. Авторы полагают, что предложенную концепцию можно распространить и на другие технологии хранения энергии.
Литий дорожает, его запасы ограничены, а утилизация отработанных батарей превращается в экологическую проблему. Исследователи из Австралии — страны с огромными запасами цинка — разрабатывают альтернативу: водную цинк-йодную аккумуляторную батарею, которая безопасна, устойчива и может выдержать более 60 000 циклов зарядки-разрядки.
