Американские ученые изобрели аккумулятор, в котором в качестве анода выступает наноструктурированный электрод из сплава цинка с марганцем, а в качестве электролита — морская соль с примесью сульфатов цинка и марганца. На тестах аккумулятор выдержал 100 часов зарядки и разрядки без образования дендритов, а также оказался стабилен механически. Исследованием поделилось издание Nature Communications.
Большая часть нынешних портативных электронных устройств функционируют на литий-ионных батареях. Но их утилизация — это непростая задача из-за токсичности лития и электролитов. В качестве альтернативны органическим электролитам ряд экспертов предлагают использовать водные растворы минеральных солей. Подобные аккумуляторы не воспламеняются и не несут вреда для экологии. А при усовершенствовании электродов распространенными в природе элементами вроде кислорода или серы, они становятся и высоко энергоемкими (до 500 Ватт-час на кг), что увеличивает область их применения до электрокаров.
Но в процессе нескольких циклов зарядки-разрядки у таких аккумуляторов из анода могут появляться дендриты, снижающие эффективность работы батареи, а достигнув катода, они приводят к короткому замыканию. Данная проблема решается разрабатыванием новых анодов и водных электролитов, но эта сфера пока недостаточно развита, и экономически подобные аккумуляторы на сегодняшний день не являются выгодными.
Хуацзюнь Тянь (Huajun Tian) с учеными из Университета Центральной Флориды изобрели аккумулятор с наноструктурированным анодом из биметаллических сплавов цинка с переходными металлами и электролита из морской воды. Они выдвинули предположение, что минимизировать и подавить процесс возникновения дендритов поможет контроль кинетики и термодинамики электрохимической реакции на аноде. Термодинамика была зависима от диффузии цинка в сплаве Zn3Mn: сравнительно высокая энергия связывания на поверхности сплава давала возможность распределяться кристаллам цинка равномерно, предотвращая образование направленных дендритов. Кинетика реакции была зависима от трехмерной наноструктуры электродов: диффузия сквозь пористую трехмерную наноструктуру была для ионов цинка в приоритете, нежели осаждение на поверхности.
