|  | 2 июня 2013 | Энергетика

Исследователи разработали новую высокоэффективную цинко-воздушную аккумуляторную батарею

Структура цинко-воздушного аккумулятора


Ученые из Стэнфордского университета разработали новый тип высокоэффективной цинко-воздушной аккумуляторной батареи. Интенсивные каталитические процессы, происходящие внутри этой аккумуляторной батареи, дают ей такие электрические характеристики и показатели надежности, которые во много раз превосходят аналогичные показатели аккумуляторных батарей, созданных на базе более дорогостоящих платиновых и иридиевых катализаторов. Разработанные исследователями технологии, описание которых было опубликовано в онлайн-варианте журнала Nature Communications, могут лечь в основу создания новых недорогих устройств аккумулирования энергии, которые станут альтернативой широко используемых в настоящее время литий-ионных аккумуляторных батарей.

"Увеличивающиеся темы развития портативной электроники, электрических автомобилей диктуют необходимость создания новых высокоэффективных, недорогих и безопасных устройств аккумулирования энергии" - рассказывает Хонгджи Дэй (Hongjie Dai), профессор химии Стэнфордского университета, - "Металло-воздушние аккумуляторные батареи являются одним из основных недорогих альтернативных вариантов, который в будущем может найти весьма широкое применение".

Основой большинства современных технологий аккумулирования энергии являются литий-ионные аккумуляторы, несмотря на ограниченное значение показателя плотности хранения энергии, достаточно высокой стоимости и проблемы с безопасностью их эксплуатации. "Метало-воздушные аккумуляторные батареи предлагают более высокие показатели энергетической плотности, чем традиционные кислотные и литий-ионные аккумуляторы, за счет того, что большая часть энергии хранится за пределами аккумулятора в виде кислорода, находящегося в атмосфере" - рассказывает профессор Дэй, - "Самым жизнеспособным вариантом метало-воздушных батарей с экономической и технологической точки зрения являются цинко-воздушные батареи, в которых используются весьма распространенные на планете химические вещества".

Цинко-воздушные аккумуляторные батареи работают за счет реакции металлического цинка и атмосферного кислорода, проходящей в среде электролита батареи. В результате этой реакции образуется оксид цинка и производится электрическая энергия. Во время заряда таких аккумуляторных батарей под воздействием электрического тока происходит обратный процесс, цинк снова восстанавливается до металлического состояния, а свободный кислород выделяется в атмосферу. "Цинко-воздушные аккумуляторные батареи привлекательны не только из-за изобилия и низкой цены металлического цинка. Негорючая природа используемых в них водных электролитов, делает практически безопасной эксплуатацию таких батарей".

Но, у разработанной технологии имеются и свои минусы, которые заключаются в вялом течении окислительных и восстановительных реакций, протекающих на воздушном электроде новой аккумуляторной батареи, что проявляется в виде длительного времени зарядки и малой мощности, которую может отдать аккумулятор за единицу времени. Но недавно группа профессора Дэя разработала высокоэффективный катализатор электрохимических процессов, изготовленный из наночастиц из оксида металла, не входящего в разряд дорогостоящих и драгоценных металлов, и углеродных нанотрубок. Использование такого катализатора позволило во много раз увеличить скорость химических реакций, которая даже превысила скорость подобных реакции, происходящих в присутствии платинового катализатора.

"Использование комбинации катализатора на основе оксида кобальта для процесса окисления цинка и катализатора на основе гидроокиси железа-никеля для процесса восстановления цинка позволила добиться рекордных скоростных и энергетических показателей новой цинко-воздушной аккумуляторной батареи, энергетическая плотность которой превысила в два раза показатель плотности литий-ионных аккумуляторных батарей".

Новая цинко-воздушная аккумуляторная батарея продемонстрировала высокие показатели по обратимости при большом количестве циклов заряда-разряда и при длительном хранении заряда, который не уменьшился даже через несколько недель хранения. "Наша работа является большим шагом на пути к созданию цинко-воздушных аккумуляторных батарей, которые, мы надеемся, заменят все остальные виды. Для этого нам остается решить только несколько не очень значительных проблем, касающихся цинкового электрода и состава электролита" - добавил профессор Дэй.




Ключевые слова:
Цинк, Металл, Воздух, Кислород, Аккумулятор, Батарея, Энергия, Плотность, Электролит, Реакция, Катализатор

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Новые технологии литий-воздушных аккумуляторных батарей делают их ближе к п ...
  • Компании Hitachi-Maxell удалось увеличить в два раза емкость литий-ионных а ...
  • Создана первая алюминиевая батарея, превосходящая по всем показателям литий ...
  • Мутировавшие вирусы могут стать основой новых высокоэффективных литий-возду ...
  • Емкость новых батарей с твердым Li-S-электролитом превышает в четыре раза е ...




  • 2 июня 2013 12:14
    #1 Написал: SK

    Публикаций: 0
    Комментариев: 67
    Негорючая природа используемых в них водных электролитов, делает практически безопасной эксплуатацию таких батарей


    а свободный кислород выделяется в атмосферу


    В чём же безопасность, когда выделяется чистый кислород? Даже самое маленькое замыкание или перегрев батареи при зарядке могут вызвать её воспламенение. И это уже не говоря о том что есть целый ряд веществ которые воспламеняются при соприкосновении с чистым кислородом.

    То что батарея при работе использует кислород из воздуха с одной стороны хорошо, а с другой очень плохо. Не "задохнётся" ли мобильник с такой батарейкой в кармане кожаной куртки или в дамской сумочке которые застёгиваются достаточно герметично?
        
    2 июня 2013 12:45
    #2 Написал: volod

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1489
    SK, а эти проблемы куда легче решить, чем создать саму батарею, бензин тоже от искры загорается и ничего. И никто Вам не запретит заменить цинковую на литий-ионную в своем авто wink
        
    2 июня 2013 13:16
    #3 Написал: SK

    Публикаций: 0
    Комментариев: 67
    volod,
    Про автомобили я ничего не говорил. Это совершенно другая тема. Я говорил про электронику в лице смартфонов и планшетов, где емкие и лёгкие батареи более чем востребованы. Заряжать автомобильный аккумулятор в гараже и подливать в него кислоту раз в пару месяцев это не тоже самое, что использовать дома каждый день подзарядку которая не столь безопасна как сказано в статье. Проблемы решить можно все, особенно когда устройствами пользуются технически грамотные люди. Но пока ещё проблему защиты от дурака не решил никто. И на мой взгляд раздавать людям цинко-воздушные аккумуляторные батареи не самая лучшая идея.
        
    2 июня 2013 14:32
    #4 Написал: volod

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1489
    SK, ну поставят они туда мембранный микронасос при остановке которого и подзарядка будет отключаться, а также датчик концентрации кислорода, если понадобится.
    Сейчас важнее понять что будет с ценами на цинк wink
    или это очередной развод.
        
    2 июня 2013 20:51
    #5 Написал: skytear

    Публикаций: 0
    Комментариев: 35
    люди, ну вы херь пишете. можно подумать что при зарядке будет образовываться мощная струя чистого кислорода в несколько литров в секунду, и рядом будут открытые источники пламени или масла. чуть-чуть кислорода в единицу времени (несколько десятков грамм за всю зарядку максимум), толку от которых практически ноль, горение он вызвать не сможет, а небольшой кулер для вентиляции в зарядном блоке вообще сведет к возможному минимуму все риски.
        
    3 июня 2013 09:01
    #6 Написал: TheUniverseOfDeath

    Публикаций: 0
    Комментариев: 153
    Сложно переоценить полезность изобретения.

    Тянет на нобелевку, если сделают.
        
    3 июня 2013 11:29
    #7 Написал: vitendo

    Публикаций: 0
    Комментариев: 21
    Кислород взрывоопасен тогда, когда достиг определённой концентрации. В данном случае, его очень не много.

    Сейчас мы пользуемся такими батарейками, например, для слуховых аппаратов. Батарейки не задыхаются, не смотря на закупоренную среду, по одной причине - кислорода требуется такое мизерное количество, что пазухи батарейного отсека, вернее наполненного ней воздуха, хватает на пару недель. Как раз на время жизни такой батарейки.

    Эта технология позволяет делать зарядку быстрее, мощность больше, хранение стабильнее, продукт дешевле. Самое главное, позволяет заряжать батарею в домашних условиях.

    Если они реально это сделают, то это прорыв. И как писал выше TheUniverseOfDeath, тянет на Нобелевскую премию.
        
    3 июня 2013 12:21
    #8 Написал: skytear

    Публикаций: 0
    Комментариев: 35
    пздц... кислород - взрывоопасен.. извините, это какую концентрацию ему надо придать чтобы взорвался? кислород НЕ ВЗРЫВАЕТСЯ, заманали хрень писать. он МАСЛООПАСЕН, и в высокообогащенной кислородом среде горят многие негорючие вещи, металлы например, но это все. вы дышите этим кислородом каждый день, взорвитесь уже нахрен те, кто считает кислород опасным на уровне горючих газов.

    да, и на нобелевку тоже не тянет. ну никак. новый вид аккумулятора, чуть помощнее прежнего - за что тут давать? вот если бы генерировал электричества больше чем потреблял при зарядке - таки тогда да, нобелевка
        
    3 июня 2013 18:07
    #9 Написал: TheUniverseOfDeath

    Публикаций: 0
    Комментариев: 153
    skytear, ты забываешь, что у традиционных, теперь уже, литий-ионных аккумуляторов есть куча недостатков:

    1. Гигантские проблемы в области экологии, как в части производства, так и в части утилизации
    2. Использование кислот - вредно и энергоемко
    3. Использование редкоземельных элементов в катализаторах.

    Даже если новый тип аккумулятора был бы того же соотношения удельной энергоёмкости к объему и такой же быстрый износ, то и тогда этот аккум тянул бы на нобелевку, сильно улучшая экологическую обстановку в пределах планеты, а так, это просто невероятный скачек.

    Потребление энергии мобильными механизмами от наручных часов до самолетов сейчас определяет их возможности.

    Появятся новые классы устройств.

    Переизобретут то, что раньше было отброшено из-за энергетической проблемы.

    Всё это конечно, если предварительные спецификации не врут. Но если не врут, то эти аккумы сильно изменят мир в течение пяти-семи лет с момента запуска в продакшн.
        
    3 июня 2013 19:19
    #10 Написал: skytear

    Публикаций: 0
    Комментариев: 35
    TheUniverseOfDeath, ну я не говорил об бесполезности открытия... но почему бы нобелевку не дать например, за гибкие экраны и электросхемы? за прототип термоядерной миниэлектростанции? за военных роботов? за практически вечно летающе самолеты на солнечных батареях? что там еще в новостях проскальзывало... все эти новшества чисто теоретически могут изменить наше будущее. а могут и не изменить. так же как и с вышеописанными батарейками.. что тут мелочиться, давайте нобелевки давать каждую неделю, лично я не против
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.