Австралийские исследователи добились прорыва в области литий-ионных аккумуляторов
Аккумулятор FIAMM 12 FGL 80
Австралийские исследователи сообщают о прорыве в технологии производства цинк-ионных аккумуляторов. Они разработали новый метод, который значительно повышает структурную стабильность материала катода, что позволяет аккумулятору надежно работать более 5000 циклов зарядки-разрядки.
Исследователи из Технологического университета Сиднея (UTS), работая с учёными из Манчестерского университета в Великобритании, разработали новый способ продления срока службы цинк-ионных аккумуляторов, которые являются альтернативой литий-ионным технологиям для хранения энергии в масштабах сети.
Прорыв связан с кооперативным эффектом Яна — Теллера — явлением, которое вызывает асимметрию в отдельных ионах и кристаллических решётках и обычно наблюдается в структурах, содержащих определённые переходные металлы, такие как медь и марганец.
Команда заявила, что разработала двумерную (2D) «суперрешётку» из оксида марганца и графена, которая запускает уникальный механизм деформации всей решётки. Эта деформация помогает катоду противостоять разрушению при многократном циклировании.
Исследователи заявили, что этот подход повышает структурную стабильность катодного материала батареи, обеспечивая более 5000 циклов с сохранением ёмкости 165 мАч/г при 5 С (1 С = 308 мА/г) в водных цинк-ионных батареях. По словам команды, результат примерно на 50% лучше, чем у современных цинк-ионных батарей.
«Наш подход предлагает эффективную стратегию для значительного увеличения срока службы перезаряжаемых аккумуляторов за счёт использования кооперативного эффекта Яна-Теллера, который преодолевает напряжение, возникающее при внедрении ионов в материалы электродов, — заявили они. — В результате получается недорогая водная цинк-ионная батарея, которая работает дольше и не представляет опасности, связанной с литий-ионными элементами».
Профессор Гоксиу Ван, ведущий автор исследования из UTS, сказал, что исследование, опубликованное в Nature Communications, предлагает практический путь к созданию масштабируемых аккумуляторных технологий хранения энергии на водной основе.
«Эта работа демонстрирует, как можно создавать гетероструктуры из двумерных материалов для масштабируемых приложений, — сказал он. — Наш подход показывает, что конструкция суперрешётки — это не просто лабораторная новинка, а жизнеспособный путь к улучшению реальных устройств, таких как перезаряжаемые аккумуляторы. Он показывает, как инновации в области двумерных материалов могут быть воплощены в практических технологиях».
Цинко-ионные аккумуляторы широко рассматриваются как многообещающая альтернатива литий-ионным аккумуляторам для стационарного хранения, но до сих пор их ограниченный срок службы ограничивал их применение в реальных условиях.
Соавтор исследования, профессор Манчестерского университета Рахул Наир, сказал, что работа команды показывает, как химический контроль на атомном уровне может решить проблемы с производительностью.
«Наше исследование открывает новые возможности в области инженерии напряжений для двумерных материалов, — сказал он. — Вызывая кооперативный эффект Яна-Теллера, мы показали, что можно точно настраивать магнитные, механические и оптические свойства материалов способами, которые ранее были невозможны».
Исследователи заявили, что они также продемонстрировали, что процесс синтеза можно масштабировать с помощью методов на водной основе, без использования токсичных растворителей или экстремальных температур. Это шаг вперёд в создании более практичных для производства цинк-ионных аккумуляторов.