Дослідницька група Гонконзького політехнічного університету та Шеньчженьського університету представила нову технологію для створення водних цинк-іонних акумуляторів. Ці акумулятори вважаються безпечнішою та дешевшою альтернативою літій-іонним, оскільки в них використовується негорючий електроліт на водній основі та широко розповсюджений цинк. Суть розробки полягає у створенні нового катодного матеріалу, що значно покращує ключові характеристики батарей.
Основою нового катода став ванадат амонію (NH4V4O10), модифікований методом спільної интеркаляции. У його шарувату структуру були одночасно впроваджені іони калію (K⁺) та нітрид вуглецю (C3N4). Цей процес дозволив збільшити міжшарову відстань у кристалічній решітці катода до 10,62 ангстрем. Таке розширення структури полегшує рух іонів цинку (Zn²⁺) під час циклів заряду та розряду, що підвищує швидкість роботи акумулятора. Крім того, синергетичний ефект від присутності калію та нітриду вуглецю знижує електростатичну взаємодію між іонами цинку та шарами катода, зменшуючи енергетичний бар’єр для їх дифузії та підвищуючи структурну стабільність.
Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Nano-Micro Letters, отриманий катод демонструє високі електрохімічні показники. При кімнатній температурі його питома ємність досягає 228,4 мАг/г, а після 10 000 циклів заряду-розряду зберігається на рівні 174,2 мАг/г, що свідчить про довговічність. Питома енергоємність становить 210 Вт/год/кг при питомій потужності 14200 Вт/кг. Матеріал також показав стабільну роботу в широкому діапазоні температур: 111,3 мАг/г при -20 °C та 208,6 мАг/г при +60 °C.
Для виробництва використовуються недорогі та масштабовані методи гідротермальної обробки та перемішування, що відкриває перспективи для масового виробництва таких акумуляторів для електроніки, що працює у складних кліматичних умовах, та для систем накопичення енергії.