Nova cink-zrak baterija visoke učinkovitosti

PA_chemistry_newKao što joj ime govori, stvaranje električne energije u ovoj bateriji se zasniva na reakciji cinka i zraka, tj. kisika. Kako bi kisik imao pristup do cinčanih elektroda u unutrašnjosti baterije, kućište baterije probušeno je malim otvorima. Kada se pakiranje otvori, kisik u dodiru s cinčanim elektrodama proizvodi električnu energiju i baterija se postupno prazni, bez obzira koristili je ili ne. Ova baterija se može koristiti preko dva tjedna, međutim samo jednom. Kada prestane davati napon, bateriji preostaje samo recikliranje.

Znanstvenici sa Sveučilišta Stanford razvili su naprednu cink-zrak bateriju s višom katalitičkom aktivnosti i trajnosti od sličnih baterija izrađenih sa skupom platinom i iridijem kao katalizatorom. Rezultati, objavljeni u online izdanju časopisa Nature Communications, mogli bi dovesti do razvoja jeftine alternative konvencionalnih litij-ionskih baterija koje se danas naširoko koriste.

„Sve su veći zahtjevi za visokim performansama, jeftinim i sigurnim baterijama za prijenosnu elektroniku, električna vozila i ostale uređaje za pohranu energije“, rekao je Hongjie Dai, profesor kemije sa Sveučilišta Stanford i glavni autor studije. „Metal-zrak baterije nude moguće jeftino rješenje.“

Dai kaže da je najviše pažnje usmjereno na litij-ionske baterije, unatoč ograničenoj energetskoj gustoći (pohranjena energija po jedinici volumena), visokoj cijeni i sigurnosnim problemima. „Uz dovoljno opskrbe kisikom iz atmosfere, metal-zrak baterije su drastično povećale teorijsku gustoću energije od tradicionalne „vodene baterije“ ili litij-ionske baterije“ rekao je. „Među njima, cink-zrak baterija je tehnički i ekonomski najviše održiva opcija.“

Cink-zrak baterije kombiniraju atmosferski kisik i metal cink u tekućem alkalnom elektrolitu za proizvodnju električne energije s nusproduktom cink oksidom. U obrnutom procesu za vrijeme punjenja, kisik i cink se regeneriraju.

„Cink-zrak baterije su atraktivne zbog obilja i niske cijene cinka, kao i negorive prirode vodenih elektrolita, koji čine baterije inherentno sigurnima za rad“, rekao je Dai. „Primarne (nepunjive) cink-zrak baterije su komercijalizirane za medicinsko i telekomunikacijsko korištenje s ograničenom gustoćom snage. Međutim, ostaje veliki izazov razviti punjive baterije, kad je kamen spoticanja nedostatak učinkovitih i robusni katalizator zraka, kao i ograničen vijek trajanja elektroda cinka.“

Aktivni i izdržljivi elektrokatalizatori na zračnoj elektrodi su potrebni kako bi katalizirali reakciju redukcije kisika tijekom pražnjenja i reakciju razvoja kisika tijekom punjenja. U cink-zrak baterijama, obje katalitičke reakcije su spore, rekao je Dai.

Nedavno je njegov znanstveni tim razvio niz visokoučinkovitih elektrokatalizatora načinjenih s oksidima neplemenitih metala ili nanokristalima hibridiziranih s ugljikovim nanocjevčicama. Ovi katalizatori proizvode veću katalitičku aktivnost i izdržljivost u lužnatim elektrolitima od katalizatora napravljenih s platinom i drugim plemenitim metalima.

„Otkrili smo da su slični katalizatori uvelike potaknuli izvedbu cink-zrak baterija“, rekao je Dai. I primarnih i punjivih. „Kombinacija kobalt-oksid hibrida zračnog katalizatora za smanjenje kisika i nikal-željezo hidroksid hibrida zračnog katalizatora za evoluciju kisika je rezultirala rekordno visokom energetskom učinkovitošću za cink-zrak baterije, s visokom energetskom gustoćom više nego dvostrukom od litij-ionske tehnologije.“

Nova baterija je također pokazala dobru reverzibilnost i stabilnost tijekom dugog ciklusa punjenja i pražnjenja tijekom nekoliko tjedana. „Ovaj rad mogao bi biti važan korak prema razvijanju praktične punjive baterije cink-zrak, iako druge izazove koji se odnose na cink elektrode i elektrolite tek treba riješiti“, dodao je Dai.

Izvor: Stanford University

Leave a Comment