14.04.2025
Группа инженеров-химиков и биомолекулярных инженеров, физиков и специалистов по аккумуляторам из нескольких учреждений в США разработала аккумулятор на водной основе, который обеспечивает стабильность в течение 2000 циклов. В своей статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, группа объясняет, почему, по их мнению, этот аккумулятор может стать промежуточным звеном между водными и неводными литий-ионными аккумуляторами.
Основным преимуществом использования водных аккумуляторов является их безопасность по сравнению с безводными литий-ионными аккумуляторами. Они не могут неожиданно воспламениться, что сводит к минимуму риск возгорания. Причина, по которой они не получили широкого распространения, заключается в том, что восстановительный потенциал водных электролитов ограничен, что снижает плотность энергии. Кроме того, используемые в них типы электролитов, как правило, имеют проблемы с перемещением воды по границе раздела и высоким сопротивлением.
В этом новом исследовании научная группа сделала шаг к решению этих проблем, улучшив транспорт ионов и стабильность двухфазных электролитов с помощью ионофоров лития.
Чтобы создать новую батарею, исследователи использовали нанокластеры Li+ (ионофоры) с 12-краун-4 (12C4) и тетраглимом (G4) в качестве средства для улучшения двухфазных электролитов батареи. Они смогли сделать это, разработав водно-органический двухслойный электролит, который уменьшил сопротивление и позволил смешивать неводные и водные фазы с помощью литофильных ионофоров.
Как в водной, так и в неводной фазах это позволило преодолеть проблемы, с которыми сталкиваются другие электролиты для водных аккумуляторов. Это также позволило добиться низкого сопротивления (2,7 Ом см−2) и высокой циклической стойкости (2000 циклов). Получившийся аккумулятор также продемонстрировал стабильную разрядку.
Исследовательская группа отмечает, что батарея также работает при напряжении 0,0–4,9 В, что делает её более экологичной и безопасной по сравнению с другими типами батарей. Такие батареи также легче поддаются переработке. Исследователи отмечают, что длительный срок службы позволяет использовать такие батареи в новых сферах применения.
Исследовательская группа признаёт, что требуется ещё много работы, прежде чем аккумулятор на водной основе станет практичным для широкого спектра продуктов, но они считают, что их работа — шаг в правильном направлении.
Источник: Tech Xplore
