Южнокорейские исследователи сделали важный шаг к созданию более безопасных и экономичных накопителей энергии: они разработали добавку для электролита, способную заметно увеличить срок службы и емкость водных аккумуляторов.
Водные аккумуляторы давно рассматриваются как потенциально выгодная альтернатива литий‑ионным решениям. Их электролиты основаны на воде, благодаря чему такие системы менее пожароопасны, экологичнее и могут оказаться дешевле в производстве. Однако на пути их широкого внедрения стояли серьезные трудности: при зарядке и разрядке между цинковыми электродами и водой возникали нежелательные реакции. Это провоцировало коррозию, неравномерное наслоение металла и быструю потерю емкости.
Решением стала специально созданная цвиттерионная добавка C10. Особенность цвиттерионов в том, что в одной молекуле присутствуют одновременно положительный и отрицательный заряды. При введении в электролит молекулы C10 самопроизвольно формируют наноструктуры диаметром около 3,77 нм.
Эти образования работают сразу в двух направлениях. С одной стороны, они способствуют более равномерному распределению ионов цинка по поверхности электрода, снижая риск появления дефектных структур. С другой — создают на цинковой поверхности тонкий защитный слой, ограничивая прямой контакт металла с водой и уменьшая побочные реакции.
Результаты испытаний выглядят убедительно. Аккумуляторы с модифицированным электролитом стабильно работали дольше 2800 часов, а показатель площади поверхности элементов достиг 8,10 мАч/см². По оценке авторов, это лучший результат среди водных аккумуляторных систем на сегодня.
Ранее многие попытки улучшить водные аккумуляторы приводили к тому, что рост одного показателя (например, емкости) сопровождался ухудшением другого (скажем, долговечности). Новая стратегия позволяет одновременно решить обе задачи, не усложняя и не удорожая производство.
Ученые видят у технологии большой потенциал для крупномасштабных систем хранения энергии, в том числе для инфраструктуры искусственного интеллекта и центров обработки данных. Поскольку подход сводится к модификации электролита, а не к изменению конструкции аккумулятора, он может стать практичным решением для вывода водных систем на коммерческий уровень. Результаты исследования опубликованы в журнале Nano‑Micro Letters.
Ранее Наука Mail рассказывала, что адаптивный метод зарядки сократит износ батарей электромобилей.
