Регулярно появляются новости о разработке новых типов аккумуляторов, однако в смартфонах, планшетах и других устройствах по-прежнему применяются литий-ионные батареи. Их цена достаточно высока за счёт роста стоимости лития, к тому же они легко загораются.
Цинковые батареи на основе воды могут стать альтернативой. Их разработкой занимается международная группа исследователей во главе с Институтом ETH Zurich, обещая повышенную мощность, безопасность и экологическую чистоту.
Цинк дешевле лития, его много, имеется инфраструктура по переработке. К тому же такие батареи могут запасать много энергии. В них можно обойтись без легковоспламеняющихся органических растворителей, поскольку могут применяться электролиты на водной основе.
Однако, при разработке таких аккумуляторов есть проблемы. Когда их заряжают при высоком напряжении, вода на одном электроде образует газообразный водород. После этого количество электролита уменьшается и ёмкость батареи сокращается. К тому же накапливается лишнее давление, что может оказаться опасным. Ещё при зарядке образуются остроконечные отложения цинка (дендриты), способные пробить аккумулятор и вызвать короткое замыкание.
Прежде инженеры обогащали воду жидкого электролита солями. Из-за этого жидкость становится более вязкой и процессы зарядки и разрядки замедляются. Ещё в соли может быть фтор, из-за чего батареи становятся токсичными и вредными для экологии.
ETH Zurich и несколько исследовательских институтов США и Швейцарии занялись поиском идеальной концентрации соли для цинк-ионных аккумуляторов на водной основе. Эксперименты и компьютерное моделирование показали, что концентрация соли должна быть относительно низкой. При этом не использовались вредные соли, а экологически чистые соли уксусной кислоты (ацетаты). Это помогло минимизировать истощение электролитов и предотвратить образование цинковых дендритов не хуже, чем достигается при помощи высоких концентраций токсичных солей. К тому же заряжать и разряжать аккумуляторы можно намного быстрее.
Пока тестирование велось в небольшом лабораторном масштабе, но дальше начнут проверять более крупные батареи.
Прежде чем выводить цинковые батареи на рынок, нужно решить ещё некоторые проблемы. Необходимо оптимизировать материал катодов для получения долговечных и эффективных батарей, пишет techxplore.
