Созданные в 70-х годах прошлого века воздушно-цинковые батареи (Zinc-Air) имеют достаточно простую конструкцию гальванического элемента, состоящего из:
· расходуемого цинкового катода («топливо»);
· электролита, разделяющего анод и катод;
· в качестве анода - воздушный электрод (газодиффузионный), соединенный с атмосферой;
· механических сепараторов для разделения анода и катода.
Электрическая энергия образуется при окислении цинкового катода кислородом атмосферного воздуха с образованием оксида цинка (детская присыпка). Батарея начинает работать при разгерметизации каналов, соединяющих воздушный электрод с атмосферой. Электродвижущая сила ( ЭДС ) гальванического элемента составляет 1,4-1,45 В .
Наибольшее применение Zinc-Air батареи получили в медицинской аппаратуре.
Воздушно-цинковые батареи имеют ряд существенных преимуществ:
· высокая удельная энергоёмкость (в 2-3 раза выше литиевых батарей, теоретически еще выше);
· плоская разрядная кривая (незначительное падение напряжения по мере разряда);
· экологичность, безопасность;
· низкая стоимость, доступное сырьё;
· длительный срок хранения.
Основным недостатком батарей является сложность перезарядки. Теоретически батарея легко поддается регенерации за счет восстановления цинкового электрода из оксида цинка электрическим током, но на практике цинк выделяется в виде разнонаправленных дендритов (игольчатых структур), что приводит выходу из строя батареи (короткому замыканию в цепи катод - анод).
Существенные преимущества Zinc-Air батарей заставляют искать различные решения проблемы перезарядки, включая и достаточно экзотические проекты по механической замене электролита и цинковых картриджей в электромобилях на станциях технического обслуживания.
Ученые университета Мюнстера в Германии использовали новый электролит для воздушно-цинковой батареи и в лабораторных условиях сумели за 160 часов произвести 320 циклов разряда/заряда, что всего в два раза меньше среднего количества циклов литий-ионных аккумуляторов.
sciencenews.org/article/zinc-air-batteries-single-use-new-design-rechargeable