Перспективная разработка. Китайские ученые создали цинк-воздушную батарею с рекордной стабильностью
Ключевая особенность разработки заключается в использовании специального катализатора на основе гетероперехода p-n типа/иллюстративное фото (Фото: бесплэш)
Китайские исследователи из Университета Дунхуа в сотрудничестве с коллегами представили инновационную разработку — цинк-воздушные батареи, способные работать стабильно более 1100 часов в режиме заряда-разряда.
Этот показатель является беспрецедентным для данного типа устройств, поскольку традиционное применение таких аккумуляторов длительное время ограничивалось медленными химическими процессами на воздушном электроде.
Ключевая особенность разработки заключается в использовании специального катализатора на основе гетероперехода p-n типа. Ученые соединили графитовый нитрид углерода с сетью углеродных нановолокон, которая содержит активные центры кобальта. Под воздействием света такой катализатор значительно ускоряет реакции восстановления и выделения кислорода. Это позволяет устройству эффективно преобразовывать солнечную энергию в электрохимическую, снижая энергетические потери без использования дорогостоящих благородных металлов.
Исследование показало, что новая система демонстрирует пиковую плотность мощности 310 мВт/см². Кроме того, разработанная архитектура воздушного электрода обеспечивает пространственное разделение зарядов, что подавляет их рекомбинацию и облегчает протекание химических реакций. По данным измерений, разница перенапряжений реакции кислорода под светом составляет всего 0,684 В, что является лучшим показателем, чем большинство современных аналогов.
Отдельное внимание ученые уделили созданию гибких прототипов батарей. Благодаря высокой механической прочности углеродного каркаса, эти аккумуляторы сохраняют работоспособность даже при экстремальных изгибах в диапазоне от 0 до 180 градусов. Гибкие версии с улучшенным светопропусканием достигают плотности мощности 96 мВт/см², что делает их идеальными для использования в носимой электронике.
По мнению авторов исследования, опубликованного в журнале eScience, эта технология открывает путь к массовому производству безопасных и доступных систем хранения энергии. Высокая теоретическая плотность энергии и дешевизна сырья делают цинк-воздушные батареи перспективными для крупномасштабных энергосетей и устройств, работающих на возобновляемых источниках. Описанные принципы проектирования могут быть адаптированы и для других типов металл-воздушных аккумуляторов, интегрируя сбор солнечной энергии непосредственно в системы ее хранения.
