Учени създадоха водна батерия с рекорден капацитет

Учени са създали нов електролит за водни батерии: миниатюрна добавка е увеличила ресурса до 2800 часа.

Учени в Южна Корея съобщиха за голям пробив в разработването на водни батерии – технология, която много експерти разглеждат като по-безопасна и по-евтина алтернатива на традиционните литиево-йонни батерии. Изследователите са успели значително да увеличат издръжливостта и капацитета на такива източници на енергия, използвайки само малко количество специална добавка към електролита.

Работата, ръководена от екип, начело с професор Хосок Парк от университета Сунгкюнван, твърди, че решението може да помогне за преодоляване на една от основните пречки, които досега са възпрепятствали широкото разпространение на водните батерии.

За разлика от литиево-йонните батерии, водните батерии използват електролит на водна основа. Това ги прави по-малко податливи на запалване, по-екологични и потенциално по-евтини за производство. 

Технологията обаче има сериозен недостатък: по време на зареждане и разреждане цинковите електроди постепенно се износват поради неравномерното отлагане на метал и нежелани химични реакции с водата.

Подобни процеси водят до корозия, образуване на неравномерни метални структури и бърза загуба на капацитет, което значително съкращава експлоатационния живот на батерията.

За да решат този проблем, изследователите са създали специална цвитерйонна добавка, наречена C10. Особеността на такива молекули е, че те съдържат както положителни, така и отрицателни заряди, благодарение на което могат ефективно да взаимодействат с други йони в електролита.

Когато бъдат добавени към разтвора, молекулите C10 образуват наноструктури с размер около 3,77 нанометра. Те изпълняват едновременно две важни функции. Първо, те спомагат за равномерното разпределение на цинковите йони по повърхността на електрода, предотвратявайки образуването на дефекти. Второ, те създават тънък защитен слой, който изолира метала от директният контакт с водата и намалява корозията.

Резултатите от експериментите са се оказали впечатляващи. Водните батерии с новия електролит работят стабилно над 2800 часа, а повърхностният им капацитет е достигнал 8,10 mAh на квадратен сантиметър. Според авторите на изследването, това е един от най-добрите показатели сред подобните системи, регистрирани до момента.

Учените подчертават, че основното предимство на новия подход е неговата простота. За подобряване на характеристиките не са необходими скъпи материали или сложни производствени процеси – достатъчна е само лека промяна в състава на електролита.

Разработчиците смятат, че тази технология би могла да намери широко приложение в мащабните системи за съхранение на енергия. Това е особено актуално на фона на бързото развитие на възобновяемата енергия, центровете за данни и ИИ инфраструктурата, които изискват надеждни и издръжливи системи за съхранение на електроенергия.

Ако технологията бъде успешно тествана и комерсиализирана, водните батерии биха могли да се превърнат в сериозен конкурент на настоящите литиево-йонни батерии, съчетавайки високо ниво на безопасност, по-ниска цена и значително по-дълъг експлоатационен живот. Резултатите от проучването са публикувани в списание Nano-Micro Letters.