Гидрогелевый электролит помогает водным аккумуляторам достигать плотности энергии 220 Вт·ч/кг и более 6000 циклов:
Исследователи разработали новый гидрогелевый электролит, который в сочетании с катодом из берлинской лазури улучшает гибридные ионные батареи на основе натрия и цинка.
Конструкция, разработанная командой Китайского университета нефти (Восточный Китай), обеспечивает замечательную плотность энергии и расширенную стабильность циклирования.
Гибридная батарея имеет плотность энергии 220 Вт·ч/кг, работает исключительно хорошо при силе тока до 5 С и выдерживает более 6000 циклов без ухудшения характеристик.
По словам ученых, этот прорыв является крупным достижением в технологии водных батарей и предлагает практическое решение для хранения энергии с улучшенной производительностью и долговечностью.
Передовые инновации в области электролитов
Поскольку литий-ионные аккумуляторы являются отраслевым стандартом для электромобилей и персональной электроники, вторичные аккумуляторы необходимы для систем возобновляемой энергии. Однако их ограниченные запасы лития и легковоспламеняющиеся органические электролиты представляют угрозу безопасности, поэтому водные аккумуляторы становятся все более популярными в качестве альтернативы.
Водные Na-ионные и Zn-ионные аккумуляторы выделяются своей безопасностью, экологичностью и экономической эффективностью благодаря обильным материалам и электролитам на водной основе.
Высокая емкость цинка, подходящий окислительно-восстановительный потенциал и водная стабильность делают его перспективным анодным материалом, но такие проблемы, как рост дендритов, ограничивают его производительность. Производительность повышается за счет таких тактик, как модификация поверхности и высококонцентрированные электролиты, но также появляются недостатки, такие как плохая проводимость.
С катодами из берлинской лазури и анодами из Zn водные гибридные ионные батареи Na-Zn (ASZIB) могут достигать более высоких напряжений (2,0 В); тем не менее, их ограниченное электрохимическое окно ограничивает их емкость.
По словам исследователей, гидрогелевые электролиты с низким содержанием свободной воды повышают стабильность напряжения, предотвращают образование дендритов и улучшают срок службы. Разработка высокопроводящих гидрогелевых электролитов с расширенными окнами напряжения имеет важное значение для продвижения ASZIB.
Замечательная производительность недавно созданного гидрогелевого электролита Zn–SA–PSN объясняется его отличительной полимерной сетью, которая состоит из связанных амидных цепей и гидрофильных функциональных групп.
Эта сложная конструкция обеспечивает расширенное окно электрохимической стабильности 2,5 В и замечательную ионную проводимость 43 мСм·см⁻¹, что намного превосходит обычные электролиты. Более высокие напряжения поддерживаются более широким окном стабильности, что имеет важное значение для увеличения плотности энергии батарей.
Инновации в области устойчивой энергетики
Гибридная натрий-цинковая батарея демонстрирует исключительную производительность в сочетании с катодом из берлинской лазури, выполняя более 6000 циклов при высокой плотности тока 25 С с небольшим падением емкости всего 0,0096 процента за цикл.
По мнению исследователей, стабильность объясняется способностью гидрогелевого электролита предотвращать развитие дендритов и уменьшать побочные реакции, две проблемы, которые часто возникают с цинковыми анодами.
Кроме того, при емкости до 5 С батарея демонстрирует исключительную производительность скорости и замечательную плотность энергии около 220 Вт·кг⁻¹. Благодаря своей адаптивности электролит Zn–SA–PSN может использоваться с различными катодными материалами и подходит как для цинк-ионных, так и для водных натрий-цинковых гибридных батарей.
«Наш гидрогелевый электролит представляет собой значительный прогресс в области водных аккумуляторов. Его способность сохранять высокую производительность на протяжении тысяч циклов и при высоких плотностях тока свидетельствует о его потенциале для практического применения в области хранения энергии», — сказал в своем заявлении Линьцзе Чжи, ведущий исследователь проекта.
Более того, гидрогелевый электролит Zn–SA–PSN улучшает аккумуляторные системы для сетевых накопителей, электромобилей и других приложений, обеспечивая высокую плотность энергии и долгосрочную стабильность.
Исследователи отмечают, что гибридные ионные батареи способны удовлетворить растущую потребность в эффективных, устойчивых энергетических решениях. Такие конструкции, как этот гидрогелевый электролит, имеют важное значение для продвижения устойчивых энергетических решений для более зеленого будущего, поскольку спрос на надежные и экологически чистые системы растет. Подробности исследования
группы были опубликованы в журнале Energy Materials and Devices.
Читайте нашу главную страницу — Взгляд в будущее, Инновации, Технологии, Наука, Новые открытия, Изобретения