Вчені створили новий електроліт для водних батарей: крихітна добавка збільшила ресурс до 2800 годин.
Науковці з Південної Кореї повідомили про важливий прорив у розробці водних акумуляторів — технології, яку багато експертів вважають безпечнішою та дешевшою альтернативою традиційним літій-іонним батареям. Дослідники змогли суттєво підвищити довговічність і ємність таких джерел живлення, використавши лише невелику кількість спеціальної добавки до електроліту.
Роботу виконала команда під керівництвом професора Хосока Парка з Університету Сонгюнгван. За словами вчених, їхнє рішення може допомогти подолати одну з головних перешкод, яка досі стримувала широке впровадження водних батарей.
На відміну від літій-іонних акумуляторів, водні батареї використовують електроліт на основі води. Завдяки цьому вони менш схильні до займання, є більш екологічними та потенційно дешевшими у виробництві. Проте технологія має серйозний недолік: під час заряджання та розряджання цинкові електроди поступово руйнуються через нерівномірне осадження металу та небажані хімічні реакції з водою.
Такі процеси призводять до корозії, утворення нерівних металевих структур і швидкої втрати ємності, що значно скорочує термін служби акумулятора.
Щоб вирішити цю проблему, дослідники створили спеціальну цвітеріонну добавку під назвою C10. Особливість таких молекул полягає в тому, що вони одночасно містять позитивний і негативний заряди, завдяки чому можуть ефективно взаємодіяти з іншими іонами в електроліті.
Після додавання до розчину молекули C10 самостійно формували наноструктури розміром близько 3,77 нанометра. Вони виконували відразу дві важливі функції. По-перше, допомагали рівномірно розподіляти іони цинку по поверхні електрода, запобігаючи утворенню дефектів. По-друге, створювали тонкий захисний шар, який ізолював метал від прямого контакту з водою та зменшував корозію.
Результати експериментів виявилися вражаючими. Водні батареї з новим електролітом стабільно працювали понад 2800 годин, а їхня поверхнева ємність досягла 8,10 мА·год на квадратний сантиметр. За словами авторів дослідження, це один із найкращих показників серед подібних систем, зафіксованих на сьогодні.
Науковці наголошують, що головна перевага нового підходу полягає у його простоті. Для покращення характеристик не потрібні дорогі матеріали чи складні виробничі процеси — достатньо лише незначно змінити склад електроліту.
Розробники вважають, що така технологія може знайти широке застосування у великих системах накопичення енергії. Особливо актуально це на тлі стрімкого розвитку відновлюваної енергетики, центрів обробки даних та інфраструктури для штучного інтелекту, які потребують надійних і довговічних систем зберігання електроенергії.
Якщо технологія успішно пройде подальші випробування та комерціалізацію, водні акумулятори можуть стати серйозним конкурентом сучасним літій-іонним батареям, поєднуючи високий рівень безпеки, нижчу вартість і значно більший ресурс роботи. Результати дослідження були опубліковані в журналі Nano-Micro Letters.