Возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца, могут помочь уменьшить зависимость мира от ископаемых видов топлива. Но сначала энергетическим компаниям нужен безопасный и экономичный способ хранения энергии для дальнейшего использования. Массивные литий-ионные батареи могут справиться с этой задачей, но они страдают от проблем с безопасностью и ограниченной доступности лития. Теперь исследователи, сообщающие в журнале ACS'Nano Letters, создали прототип безанодной батареи на основе цинка, в которой используются недорогие, естественно доступные материалы.
Водные батареи на основе цинка ранее исследовались для хранения энергии в масштабе сети из-за их безопасности и высокой плотности энергии. Кроме того, материалов, из которых они изготовлены, очень много. Однако для разработанных до сих пор аккумуляторных цинковых батарей требовались толстые цинк-металлические аноды, которые содержат большой избыток цинка, что увеличивает стоимость. Кроме того, аноды склонны к образованию дендритов — кристаллических выступов металлического цинка, которые осаждаются на аноде во время зарядки - что может вызвать короткое замыкание аккумулятора. Юнпей Чжу, И Цуй и Хусам Альшариф задались вопросом, действительно ли нужен цинковый анод. Вдохновленные предыдущими исследованиями "безанодных" литиевых и натрий-металлических батарей, исследователи решили создать батарею, в которой богатый цинком катод является единственным источником цинкования на медном токосъемнике.
В своей батарее исследователи использовали катод из диоксида марганца, который они предварительно интеркалировали ионами цинка, водный раствор электролита трифторметансульфоната цинка и токосъемник из медной фольги. Во время зарядки металлический цинк наносится на медную фольгу, а во время разряда металл удаляется, высвобождая электроны, питающие аккумулятор.
Чтобы предотвратить образование дендритов, исследователи покрыли медный токоприемник слоем углеродных нанодисков. Этот слой способствовал равномерному цинкованию, тем самым предотвращая образование дендритов, и увеличивал эффективность цинкования и зачистки. Батарея показала высокую эффективность, плотность энергии и стабильность, сохранив 62,8% своей емкости после 80 циклов зарядки и разрядки.