Ученые нашли способ избавиться от дендритов в цинковых батареях

Цинк – нетоксичный, дешевый и распространенный металл. Цинковые батарейки имеют хождение десятки лет. Не так давно появились и цинковые аккумуляторы, но у них ограниченная емкость. Кроме того, развивается технология проточных цинковых батарей. Но она требует более сложных клапанов, насосов и цистерн.

Поэтому ученые работают над третьим вариантом – цинк-воздушными батареями.

В них электролит на водной основе с каплей гидроксида калия или другого щелочного материала отделяет цинковый анод и катод из какого-нибудь другого проводящего вещества, чаще всего, пористого углерода. В ходе разряда кислород в воздухе вступает в реакцию с водой у катода, образуя ионы гидроксида, которые мигрируют к аноду, где вступают в реакцию с цинком, чтобы в конце концов создать оксид цинка. Эта реакция выделяет электроны, текущие от анода к катоду через внешнюю цепь. При зарядке аккумулятора направление потока меняется.

Однако в обратном направлении цинковые батареи работают хуже, https://www.sciencemag.org/news/2021/05/batteries-used-heari... Science. Неравномерности на поверхности анода повышают интенсивность электрического поля в определенных точках, что приводит к отложениям цинка. Цикл повторяется, и начинают формироваться дендриты, которые, в итоге, вызывают короткое замыкание. Вода в электролите тоже может вызывать проблемы, расщепляясь на кислород и водород, что может привести к взрыву элемента питания.

Специалисты из Университета Мэриленда (США) нашли способ избавиться от угрозы дендритов в цинковых батареях, добавив в электролит фтористые соли.

В ходе реакции вокруг анода образовался твердый барьер из цинка и фтора. Он не мешал проходить ионам во время заряда и разряда, но не давал дендритам расти и отталкивал молекулы воды, мешая им приблизиться к аноду.

Разработчики отметили и недостатки конструкции – их цинковая батарея медленно разряжается. Для того чтобы это исправить, ученые хотят добавить в катод катализатор, который ускорит реакцию между кислородом и водой.

В начале года ученые из Саудовской Аравии https://hightech.plus/2021/01/21/razrabotana-cinkovaya-bezan... о создании прототипа безанодной батареи из цинка. Взяв за образец безанодные литиевые и натриевые батареи, они разработали аккумулятор, в котором богатый цинком катод стал единственным источником цинкового покрытия на медном токосъемнике.