В Китае создана цинковая батарея, способная непрерывно работать более 5000 часов
Исследователи из Фуданьского университета и Китайской академии наук разработали новый тип проточной батареи на основе цинка. Как сообщает журнал Nature Energy, система использует вместо обычного твердого электрода жидкую суспензию с наночастицами цинка, что может открыть новые возможности для хранения энергии от солнечных и ветровых электростанций.
В традиционных цинковых батареях электрод остается неподвижным, из-за чего со временем возникают проблемы с его деградацией и стабильностью работы. В новой конструкции цинк находится в виде частиц, взвешенных в проводящей жидкости, и постоянно циркулирует между резервуаром хранения и электрохимической ячейкой.
Такой подход позволяет отделить объем запасаемой энергии от мощности самой батареи. Увеличивая количество суспензии в резервуарах, можно расширять емкость системы без серьезной переделки ее основных компонентов.
Как работает новая батарея
В основе технологии лежит управляемое движение частиц цинка. Во время зарядки и разрядки металл обратимо переходит между двумя состояниями — металлическим цинком и ионами Zn²⁺.
«Главное преимущество этой конструкции заключается в том, что она преобразует цинк из статического электрода в динамический носитель энергии», — рассказал ведущий автор исследования Фэй Ван.
Чтобы частицы не слипались и сохраняли стабильность во время работы, ученые объединили наночастицы цинка с пористой углеродной структурой и специальным электролитом. Это помогло снизить проблемы, которые долго мешали развитию цинковых проточных батарей, включая образование скоплений частиц и ухудшение характеристик при многократной эксплуатации.
Тысячи циклов без значительной потери емкости
В лабораторных испытаниях новая система показала кулоновскую эффективность 99,94%. Этот показатель отражает, насколько эффективно батарея возвращает заряд при разряде по сравнению с количеством энергии, затраченной на зарядку.
Кроме того, цинково-марганцевые батареи, созданные по той же архитектуре, сохранили 81,1% первоначальной емкости после 5500 циклов заряда и разряда.
По словам исследователей, такая долговечность делает технологию перспективной для систем длительного хранения энергии, где важно компенсировать нестабильность возобновляемых источников. Например, батареи смогут накапливать избыток энергии днем при высокой выработке солнечных станций и отдавать ее вечером или в периоды слабого ветра.
От лаборатории к энергетическим системам
«Наша работа стала результатом нашего давнего интереса к повышению обратимости цинковых металлических электродов посредством модификации электролита и межфазной границы», — отметил Фэй Ван.
Ученые планируют улучшить состав суспензии и адаптировать технологию для более крупных энергетических установок. Они также изучают возможность создания других систем, где вместо фиксированных электродов будут использоваться жидкие металлические носители энергии.
Пока разработка существует только в лабораторном формате, однако исследователи считают, что проточные цинковые батареи могут стать одним из вариантов безопасного и долговечного хранения энергии для будущей энергетики.