Наш электронный мир полон батареек, и возобновляемое будущее штата Вашингтон тоже может зависеть от них.
А при большой уверенности возникает потребность в отличном качестве.
Так как же нам сделать батареи лучше? У исследователей из Университета Эдит Коуэн, возможно, есть ответ — в виде новой воздушно-цинковой батареи.
Это дешево, безопасно и экологично.
Невероятное возвращение
В настоящее время литий-ионные аккумуляторы являются наиболее распространенным типом аккумуляторов для питания наших устройств.
Они пришли на смену старым цинковым батареям в 1990-х годах . Теперь цинк возвращается.
«Новое поколение воздушно-цинковых батарей представляет собой вторичные батареи, [также известные как] перезаряжаемые батареи», — говорит доктор Мухаммад Ризван Азхар, инженер-химик ECU, принимавший участие в создании нового продукта .
Исследователи энергетики вновь обращаются к цинковым батареям, поскольку они дешевле и менее уязвимы к перегреву или возгоранию — серьезному недостатку лития.
«Цинковые батареи могут хранить больше энергии , чем литий-ионные », — говорит Мухаммед.
«И при их хранении и использовании возникает меньше проблем с безопасностью».
Уменьшить, обновить, перезарядить
Команда намеревалась найти воздушно-цинковую батарею, которая могла бы конкурировать с литиевыми батареями по накоплению энергии.
«Австралия имеет хорошие возможности для производства воздушно-цинковых батарей», — говорит Мухаммед.
Мы также являемся крупнейшим в мире производителем лития, поэтому являемся идеальной страной для исследований в области аккумуляторов.
Хотя перезаряжаемые батареи значительно менее расточительны в использовании, разработка эффективных аккумуляторов может удвоить количество задействованных химических веществ.
Существует по крайней мере одна химическая реакция, которая высвобождает энергию, и по крайней мере одна отдельная реакция, позволяющая снова ее сохранить.
Долговечный цинк
Воздушно-цинковые батареи могут хранить около 500 ватт-часов на килограмм .
Это почти в три раза больше , чем у литий-ионных батарей , и в 10 раз больше, чем у свинцово-кислотных батарей.
Компромисс заключается в том, что, поскольку воздух не является хорошим проводником, батарея может работать долго, но не сможет питать более крупные устройства.
«[Производители] уже опробовали воздушно-цинковые батареи в полном промышленном масштабе с использованием других материалов», – говорит Мухаммед.
«С этими батареями возникли некоторые проблемы, поэтому мы пытаемся улучшить их производительность».
Слоистый, как Ламингтон
Команда ECU улучшила конструкцию батареи, объединив различные химические структуры. Потом накладывали их слоями — вроде ламингтона.
Первая структура представляет собой губчатую кристаллическую решетку из кобальта, азота и углерода, называемую ЗИФ-67.
Обработанная губчатая внутренняя часть очень проводящая и может легко доставлять электроны к кислороду.
Внешний рыхлый слой состоит из кобальта, никеля, железа и кислорода и называется слоистым двойным гидроксидом.
Это металлическое покрытие менее проводящее, но может отбирать электроны у кислородных групп.
Эти две структуры дополняют друг друга. Они позволяют воздушно-цинковому аккумулятору эффективно подавать напряжение 1,48 В. Это примерно соответствует емкости батареи типа АА или ААА .
Высокое напряжение
Мухаммед говорит, что производители могут объединить несколько аккумуляторных элементов, чтобы обеспечить большее напряжение для устройств.
Мы уже делаем это с существующими батареями.
Помещая их от положительного к отрицательному, напряжение батарей складывается . Для более крупных устройств требуется больше батарей, поскольку для их работы требуется более высокое напряжение.
Цинк вряд ли полностью удалит литий из аккумуляторов, но может снизить мировой спрос на этот металл.
«Литий — исчерпаемый ресурс, и мы быстро потребляем его природные месторождения », — говорит Мухаммед.
«Нам нужно искать альтернативы литию … Мы ищем промышленность, которая сможет применить наши исследования в коммерческих масштабах и стать мировым лидером в производстве воздушно-цинковых батарей».
Теги: батарея
