Ученые из Университета Ватерлоо, Калифорнийского университета и Армейской исследовательской лаборатории DEVCOM разработали водно-органический электролит, который повышает стабильность цинк-марганцевых аккумуляторов. Информация о технологии опубликована в журнале Nature Energy.
Цинк-марганцевые батареи (Zn/MnO₂) рассматриваются как вариант для стационарного хранения энергии, в том числе в энергосистемах с высокой долей ветровой и солнечной генерации. Их преимущество — использование водных, а не легковоспламеняющихся органических электролитов. Однако для протекания ключевой реакции превращения MnO₂/Mn²⁺ требуется кислая среда, а она вызывает коррозию цинкового анода и ускоряет деградацию батареи.
Авторы предложили глубокий эвтектический водно-органический электролит, который изменяет структуру водородных связей воды и условия сольватации ионов. Это позволяет:
- повысить обратимость осаждения и растворения MnO₂ на катоде;
- подавить побочное выделение кислорода;
- снизить коррозию цинкового анода;
- обеспечить стабильную работу без добавления внешней кислоты.
В испытаниях двухэлектродная система Zn²⁺/Zn||MnO₂/Mn²⁺ показала высокую кулоновскую эффективность и стабильность более чем в 5000 циклах. Электролит также продемонстрировал негорючесть, что повышает уровень безопасности по сравнению с традиционными органическими растворами.
По данным авторов, разработка может продлить срок службы цинк-марганцевых аккумуляторов и упростить их применение в системах хранения энергии. В дальнейшем электролит планируется протестировать на более крупных элементах и в условиях, приближённых к сетевой эксплуатации.
Исследование посвящено именно химической оптимизации электролита — без изменения базовой архитектуры батареи.