Ученые разрабатывают первый в мире нетоксичный водный алюминиевый радикальный аккумулятор. Эта новая конструкция аккумулятора, которая использует водные электролиты, обеспечивает огнестойкость, стабильность на воздухе и потенциал для более высокой плотности энергии по сравнению с современными литий-ионными аккумуляторами.
Исследователи из Австралии и Китая работают над созданием первого в мире безопасного и эффективного нетоксичного водного аккумулятора на основе алюминиевых радикалов. Команды из Университета Флиндерса в Южной Австралии и Университета науки и техники Чжэцзяна в Китае сообщили о первом этапе разработки новых аккумуляторов в новой статье, опубликованной в престижном Журнале Американской химии, флагманском журнале Американского химического общества.
Большинство аккумуляторов содержат опасные материалы и могут загрязнять окружающую среду при утилизации на свалках или при выбросе в других местах. Такие материалы, как свинец, кадмий и ртуть, могут отравлять людей и животных, загрязнять почвы и воды, и они долго сохраняются в окружающей среде.
Доктор Кай Чжан из Университета науки и техники Чжэцзяна и лаборатория доцента Чжунфана Цзя в Университете Флиндерса сотрудничали в области (электро)химии стабильных радикалов в наиболее используемом электролите Льюиса (Al(Otf)3) и тестировании аккумуляторов.
Команда разработала первый дизайн алюминиевых радикальных аккумуляторов, использующих водные электролиты, обладающие огнестойкостью и стабильностью на воздухе, обеспечивая стабильное выходное напряжение 1,25 В и емкость 110 мАч/г в течение 800 циклов с потерей только 0,028% за цикл.
Профессор Чжунфан Цзя из Инженерно-научного колледжа Университета Флиндерса надеется в будущем использовать биоразлагаемые материалы для разработки мягких аккумуляторов, чтобы сделать продукт безопасным и устойчивым.
Однако одной из основных проблем современных алюминиевых аккумуляторов является медленное движение комплексов ионов Al3+, что приводит к низкой эффективности катода в алюминиевых аккумуляторах. Органические сопряженные полимеры являются перспективными катодами для алюминиевых аккумуляторов для решения проблемы транспортировки ионов, но их характеристики выходного напряжения аккумулятора по-прежнему остаются низкими.
Стабильные радикалы - это класс органических электроактивных молекул, которые широко использовались в различных органических аккумуляторных системах. Первый из них был коммерциализирован компанией NEC® в 2012 году. Лаборатория Цзя в Университете Флиндерса ранее разрабатывала радикальные материалы для органических гибридных литий-ионных аккумуляторов, натрий-ионных аккумуляторов и полностью органических аккумуляторов. Эти радикальные материалы никогда не применялись в алюминиевых аккумуляторах из-за отсутствия понимания их (электро)химической реакции в электролитах.
Мультивалентные ионные батареи, включая Al3+, Zn2+ или Mg2+, используют обильные элементы земной коры и обеспечивают гораздо более высокую плотность энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, говорит профессор Цзя. В частности, алюминиево-ионные аккумуляторы привлекают большое внимание, потому что алюминий - третий по распространенности элемент (8,1%), что потенциально делает алюминиево-ионные аккумуляторы устойчивой и недорогой системой накопления энергии.
Исследование было профинансировано Национальным фондом естественных наук Китая и Австралийским исследовательским советом.
Таким образом, эти исследования являются важным шагом на пути создания более безопасных и устойчивых аккумуляторов с использованием алюминия.
📝 DOI: 10.1021/jacs.3c04203
🎓 Интересное в науке. Telegram
#новые_технологии #альтернативная_энергетика #аккумуляторы #алюминий #водный_электролит #устойчивое_развитие #инновации #исследования #сотрудничество #Австралия #Китай #безопасность #экологичность