Новите цинково-въздушни акумулатори работят след пробиване, потапяне и запалване

Учени от Мексиканския център за изследване на съвременните материали (CIMAV) са разработили прототип на цинково-въздушен акумулатор, която продължава да функционира дори след пробиване, излагане на огън и пълно потапяне във вода.

Според разработчиците, при подобни условия традиционните литиево-йонни батерии вероятно биха се запалили и биха се повредили. Разработката, ръководена от водещия изследовател на CIMAV д-р Ное Арджона, демонстрира потенциала на цинково-въздушните батерии (ZAB) за безопасно и устойчиво съхранение на енергия. 

„Не използваме литиево-йонни батерии поради многобройните опасения относно безопасността, свързани със запалимостта на електролитите, използвани в тези технологии“ — обяснява Арджона. 

Вместо да използват скъпите литий и кобалт, разработчиците създадоха ZAB, която използва кислород от въздуха за генериране на енергия. Вместо масивни и тежки метални електроди, батерията е оборудвана с въглероден лист, покрит с отделни никелови атоми. Това значително намалява разходите за метал, като същевременно поддържа висока производителност.

„Много метали също създават проблеми за безопасността, когато се използват в акумулаторите. Много от най-активните материали се считат за критични. Затова искахме да използваме възможно най-малко метал“ — отбелязва още Арджона. 

За да анализират молекулярната структура на прототипа на ZAB, учените са използвали синхротрона Canadian Light Source (CLS) в Университета на Саскачеван. Това е кръгов ускорител на частици, който използва електричество, за да генерира интензивни светлинни лъчи, повече от милион пъти по-ярки от слънчевите. Мощното рентгеново излъчване потвърди равномерното разпределение на никеловите атоми по въглеродната повърхност.

Тази структура, комбинирана с гелообразен полимерен електролит и цинк, елиминира рисковете за безопасността. Изследователите са тествали стабилността на прототипа, забивайки пирон в него, излагайки го на огън и потапяйки го във вода.

След тези “сурови“ изпитания ZAB е останал напълно работоспособен, демонстрирайки безпрецедентно ниво на безопасност и надеждност. Конструкцията на акумулатора продължава да поддържа своята стабилност и ефективност, дори и при екстремни температури. Производителността не спада нито при екстремни горещини, нито при екстремни студове.

„Канада е изправена пред огромни предизвикателства при зареждането на батерии при много ниски температури, както е при електромобилите. Нашата технология не се сблъсква с подобни предизвикателства при много ниски или много високи температури“ — подчертава Арджона. 

Той и колегите му се надяват, че устойчивостта на ZAB на външни влияния ще направи този тип батерия идеална за електрическите превозни средства, аерокосмическите системи и дистанционните сензори. Използването на обикновени метали като никел вместо литий или кобалт би могло допълнително да намали разходите. Екипът проучва нови начини за по-екологично чиста батерия, включително интегриране на биоразградими компоненти.

Въпреки оптимизма си относно потенциала на конструкцията, Арджона отбелязва, че са необходими допълнителни изследвания, преди той да може да замени съществуващите батерии. Той обясни, че ключът към безопасните системи за съхранение на енергия се крие в разработването на катализатори с един атом. 

Резултатите от проучването са публикувани в списание ACS Applied Materials & Interfaces.