Pramonės naujienos

Cinko baterija be anodo kada nors gali suteikti didelį atsinaujinančios energijos kaupimą

2021-06-16
TEMOS:
Amerikos chemijos draugija, baterijų technologija, energetika, nanotechnologijos, baterija
AMERIKOS CHEMINĖS VISUOMENĖS 2021 m. Sausio 20 d



Atsinaujinantys energijos šaltiniai, tokie kaip vėjo ir saulės energija, gali padėti sumažinti pasaulio priklausomybę nuo iškastinio kuro. Tačiau pirma, elektros energijos bendrovėms reikia saugaus ir ekonomiško būdo, kaip sukaupti energiją vėlesniam naudojimui. Masyvios ličio jonų baterijos gali atlikti šį darbą, tačiau jos kenčia dėl saugumo problemų ir riboto ličio prieinamumo. Dabar mokslininkai, pranešę „ACS ™ Nano Letters“, sukūrė cinko pagrindu pagamintos baterijos be anodo prototipą, kuriame naudojamos pigios, natūraliai gausios medžiagos.

Vandens cinko pagrindu pagamintos baterijos anksčiau buvo ištirtos, kad būtų galima saugoti energiją tinkle, nes jos yra saugios ir turi didelį energijos tankį. Be to, joms gaminti naudojamos medžiagos natūraliai gausios. Tačiau iki šiol sukurtoms įkraunamoms cinko baterijoms buvo reikalingi stori cinko metalo anodai, kuriuose yra didelis cinko perteklius, o tai padidina išlaidas. Be to, anodai yra linkę formuoti dendritus-kristalines cinko metalo iškyšas, kurios įkrovimo metu nusėda ant anodo, o tai gali sukelti akumuliatoriaus trumpąjį jungimą. Yunpei Zhu, Yi Cui ir Husam Alshareef susimąstė, ar cinko anodo tikrai reikia. Pasisemdami įkvėpimo iš ankstesnių ličio ir natrio-metalo baterijų „be anodų“ tyrimų, mokslininkai nusprendė pagaminti bateriją, kurioje cinko turintis katodas yra vienintelis cinko padengimo ant vario srovės kolektoriaus šaltinis.



Znân “MnO2 baterija be anodų. Kreditas: „Nano Letters“.

Savo akumuliatoriuje mokslininkai naudojo mangano dioksido katodą, kurį jie iš anksto sujungė su cinko jonais, vandeniniu cinko trifluormetansulfonato elektrolito tirpalu ir vario folijos srovės surinktuvu. Įkrovimo metu cinko metalas padengiamas ant vario folijos, o iškrovimo metu metalas pašalinamas, išlaisvinant akumuliatorių maitinančius elektronus. Kad dendritai nesusiformuotų, mokslininkai vario srovės kolektorių padengė anglies nanodiskų sluoksniu. Šis sluoksnis skatino vienodą cinko padengimą, taip užkertant kelią dendritams, ir padidino cinkavimo ir pašalinimo efektyvumą. Baterija parodė didelį efektyvumą, energijos tankį ir stabilumą, išlaikydama 62,8% savo talpos po 80 įkrovimo ir iškrovimo ciklų. Pasak mokslininkų, baterijų be anodų dizainas atveria naujas kryptis, kaip naudoti vandens cinko turinčias baterijas energijos kaupimo sistemose.

Nuoroda: „Ynpei Zhu, Yi Cui ir Husam N. Alshareef, 2021 m. Sausio 20 d.„ Nano Letters “,„ Zn MnO2 Battery “be anodų.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04519

Autoriai pripažįsta Karaliaus Abdullah mokslo ir technologijų universiteto finansavimą.