Создан новый тип безопасного аккумулятора, не требующий лития

Специалисты Корейского передового института науки и технологий (КАИСТ) разработали инновационный электрод для водных циркониевых и цирконий-ионных батарей, обеспечивающий высокую мощность и быструю зарядку. По данным иксбт.ком, это достижение может стать важным шагом к созданию безопасной и более доступной альтернативы традиционным литиевым устройствам на рынке систем хранения энергии. Об этом сообщает Иксбт.ком сообщает .

В настоящее время водные цирконий-ионные батареи рассматриваются как перспективное направление для стационарных систем хранения энергии. Благодаря огнестойкому электролиту на водной основе и доступному сырью они считаются более безопасными и экономичными по сравнению с традиционными литиевыми системами. Однако широкому распространению технологии препятствовали недостаточная энергоёмкость и сложности с быстрой зарядкой.

Инновационный подход и особая структура

Проблема заключалась в том, что протоны в водном электролите обладают высокой подвижностью, из-за чего на поверхности электрода возникали нежелательные побочные реакции, снижавшие эффективность аккумулятора. Вместо того чтобы обходить это препятствие, команда КАИСТ решила превратить протоны в дополнительный механизм хранения энергии. Для этого учёные использовали двумерный пористый материал, известный как металлоорганический каркас.

Исследователи внедрили в микроскопические поры этого материала специальные аминокислотные группы, работающие в зависимости от напряжения. В результате при высоком напряжении электрод сначала принимает относительно крупные ионы циркония, а при снижении напряжения аминогруппы активируются, и оставшиеся пустоты заполняются мелкими быстродвижущимися протонами.

Высокая эффективность и практические результаты

Учёные сравнивают этот процесс с заполнением ёмкости: сначала в неё помещают крупные камни, а затем засыпают песком промежутки между ними. Такой порядок позволяет эффективнее использовать объём электрода и значительно снижает вероятность побочных реакций. В ходе экспериментов созданный электрод продемонстрировал удельную ёмкость 368,7 мА·соат/г.

Отмечается, что даже при 16-кратном увеличении скорости зарядки и передачи энергии устройство сохранило 46,9% первоначальной ёмкости и выдержало более 500 быстрых циклов. Исследования с помощью рентгеновского излучения подтвердили, что процесс действительно протекает последовательно: сначала участвуют ионы циркония, а затем протоны.

По мнению специалистов, дело не только в конкретном материале, а в самом принципе управления очередностью накопления различных ионов. В будущем этот подход можно будет применять и к другим типам электродов, что позволит создавать аккумуляторы нового поколения, сочетающие высокую ёмкость и быструю зарядку.