Що таке цинк-повітряний акумулятор?

Мексиканські вчені створили прототип цинк-повітряного акумулятора, який продовжує працювати навіть після того, як його пробили цвяхом, потримали у вогні та занурили у воду. Ця батарея не тільки безпечніша за літій-іонні аналоги, а й дешевша у виробництві.

Які переваги нової технології?

Дослідницька група під керівництвом Ное Архони з Центру передових досліджень матеріалів розробила АКБ, позбавлену головних недоліків літієвих батарей — ризику загоряння і залежності від дорогих і дефіцитних металів, пише Tech Xplore.

Замість легкозаймистого рідкого електроліту, який використовується в літій-іонних елементах, у новій альтернативі застосовується комбінація цинку і кисню. Це рішення робить батарею фундаментально негорючою. Щоб мінімізувати кількість металу і зробити батарею ще дешевшою, експерти впровадили спеціальний вуглецевий лист, в який вбудовані окремі атоми нікелю. Цей шар, у поєднанні з новим гелевим полімерним електролітом і цинком, став основою стійкості батареї.

Які результати тестування?

Прототип пройшов серію жорстких випробувань. Батарею пробивали цвяхом, тримали у відкритому полум’ї та топили у воді — і вона продовжувала працювати. Ще одна важлива перевага — стійкість до екстремальних температур. На відміну від літій-іонних акумуляторів, які втрачають ємність на морозі, нова технологія однаково добре функціонує як за дуже низьких, так і за надвисоких температур.

Хоча технологія ще потребує доопрацювання, вона забезпечує вагомі плюси порівняно зі звичними елементами з літію. Відсутність легкозаймистих компонентів і мінімальна кількість металу виключають ризик загоряння. Цинк, нікель і вуглець, на відміну від дорогих літію і кобальту, легко і дешево видобуваються, що знизить вартість виробництва.

У майбутньому вчені планують зробити батарею ще більш екологічною, інтегрувавши в неї біорозкладні складові. Після закінчення терміну служби такі акумулятори можна буде просто “закопати в землю”, де вони стануть добривом для рослин. У подальших дослідженнях нікель планують замінити на залізо — ще більш поширений і нетоксичний метал.

“Якщо ми хочемо мати по-справжньому безпечні батареї, ми повинні розробляти їх з використанням одноатомних каталізаторів. Це майбутнє зберігання енергії”, — підсумував дослідник Архона.

Раніше повідомлялося про ще один прорив: створено батарею, яка взагалі не втрачає заряд. Вчені показали теоретичну модель батареї, здатної заряджатися і зберігати енергію практично без втрат. Відкриття задіє унікальні властивості квантової механіки.

Що таке всекліматична батарея?

Сучасні літієві акумулятори, незважаючи на їхню популярність, все ж доволі вразливі. На холоді вони втрачають потужність, на спеці — здатність працювати стабільно. Але тепер з’явилася батарея, якій будуть байдужі навіть екстремальні температури.

Нову конструкцію запропонували дослідники з Університету Пенсільванії (США). Ця конструкція з промовистою назвою All-Climate Battery (“всекліматична” батарея) була розроблена, щоб усунути головний недолік стандартних літієвих акумуляторів, які можуть нормально працювати тільки в межах температури близько 25 °C.

Які інновації впроваджені?

Те рішення, яке вже було в наявності, виявилося неефективним — це занадто громіздка і енерговитратна система опалення та охолодження. Однак команді фахівців вдалося впровадити абсолютно новий підхід із подвійною стратегією.

По-перше, електроди та електроліти були адаптовані до високих температур. Зокрема, було замінено летючий рідкий електроліт, який використовується в традиційних літієвих акумуляторах. По-друге, в батарею додали тонкий шар нікелевої фольги (завтовшки близько 10 мікрон), який працює від самої батареї і допомагає системі нормально функціонувати в холодну погоду.

Які можливості має нова батарея?

Вчені розраховують, що їхня “всекліматична” батарея буде відмінно працювати в досить широкому діапазоні температур: від -50 °C до 75 °C. Покращені можливості дадуть змогу застосовувати батарею там, де використання стандартних літієвих акумуляторів досі вважалося неможливим, наприклад, для роботи в пустелях або полярних регіонах.

Також повідомлялося, що батарея майбутнього не боїться температури 200 °C і проколювання цвяхом. До того ж, на відміну від літій-іонних аналогів, вона не схильна до ризику загоряння.

Ще стало відомо, що створено батарею, яка взагалі не втрачає заряд. Ці квантові батареї в перспективі можна буде застосовувати в оптичному квантовому зв’язку для надзахищеного передавання даних і в розподілених квантових обчислювальних мережах.