Akumulatory cynkowo-powietrzne są zwykle jednorazowego użytku – nowy projekt może to zmienić

Akumulatory cynkowo-powietrzne mają wiele do zaoferowania. Są lekkie, kompaktowe i wykonane z bardziej trwałych, mniej łatwopalnych materiałów niż inne akumulatory. Ale zwykle nie można ich ładować.

Nowy projekt akumulatorów może to zmienić. Poprawiając materiały budowlane, naukowcy stworzyli prototyp baterii cynkowo-powietrznej, którą można było ładować setki razy. Takie trwałe urządzenia, opisane w Science z 1 stycznia, mogłyby kiedyś zasilić samochody elektryczne lub inną elektronikę.

Baterie cynkowo-powietrzne to jedne z wielu potencjalnych baterii nowej generacji, które mogą pomieścić więcej energii, a jednocześnie są tańsze i bezpieczniejsze niż istniejące urządzenia. Każde ogniwo baterii cynkowo-powietrznej zawiera dwie elektrody – anodę cynkową i porowatą katodę – oddzielone cieczą zwaną elektrolitem. W standardowych ogniwach cynkowo-powietrznych elektrolit jest substancją o wysokim pH, zawierającą składniki takie jak wodorotlenek potasu. Tlen z powietrza dostaje się do katody, gdzie gaz reaguje z wodą z elektrolitu, tworząc wodorotlenek. Wodorotlenek utworzony na powierzchni katody przemieszcza się do anody i reaguje z cynkiem, uwalniając energię, która zasila inne urządzenia.

„Problem w tym, że ta reakcja jest nieodwracalna” – mówi Wei Sun, materiałoznawca z Uniwersytetu w Münster w Niemczech. A to utrudnia ładowanie baterii. Żrący elektrolit w konwencjonalnych bateriach cynkowo-powietrznych może również powodować degradację katody i anody.

Aby rozwiązać te problemy, firma Sun i współpracownicy zbudowali baterię cynkowo-powietrzną przy użyciu nowego elektrolitu zawierającego jony hydrofobowe. Jony te przyklejają się do katody, zapobiegając reakcji H 2 O z elektrolitu z tlenem napływającym na powierzchnię katody. W rezultacie jony cynku z anody mogą przemieszczać się do katody i reagować bezpośrednio z tlenem z powietrza. Ta stosunkowo prosta reakcja jest łatwa do cofnięcia, aby naładować baterię.

Co więcej, nowy elektrolit nie powoduje degradacji elektrod baterii, dzięki czemu bateria wytrzymuje dłużej. W eksperymentach laboratoryjnych Sun i współpracownicy byli w stanie opróżnić i naładować nową baterię cynkowo-powietrzną 320 razy w ciągu 160 godzin.

 

Źródła: Maria Temming

W. Sun et al. A rechargeable zinc-air battery based on zinc peroxide chemistryScience. Vol. 371, January 1, 2021, p. 46. doi: 10.1126/science.abb9554.

Zdjęcia: VIKTOR CHEBANENKO/ISTOCK/GETTY IMAGES PLUS

 

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x