Malá přísada mění hru: Vodní baterie s ní vydrží rekordních 2 800 hodin a dosahují špičkové kapacity

Jihokorejští vědci dosáhli významného pokroku ve vývoji vodních baterií, které jsou považovány za bezpečnější a cenově dostupnější alternativu k lithium-iontovým akumulátorům.

Jihokorejští vědci dosáhli významného pokroku ve vývoji vodních baterií, které jsou považovány za bezpečnější a cenově dostupnější alternativu k lithium-iontovým akumulátorům. Tým pod vedením profesora Hoseoka Parka ze Sungkyunkwan University (SKKU) vyvinul novou přísadu do elektrolytu, která výrazně zlepšuje životnost i kapacitu těchto systémů.

Vodní baterie využívají elektrolyty na bázi vody, což je činí méně hořlavými, šetrnějšími k životnímu prostředí a potenciálně levnějšími na výrobu. Jejich výkon byl však dosud omezen nestabilním ukládáním zinku a nežádoucími reakcemi mezi zinkovými elektrodami a vodou během nabíjení a vybíjení. Tyto problémy vedly ke korozi, nerovnoměrnému hromadění kovu a rychlé ztrátě kapacity, což zkracovalo životnost baterií a bránilo jejich širšímu nasazení.

K řešení těchto potíží vědci vyvinuli zwitteriontovou přísadu s názvem C10. Zwitterionty jsou molekuly obsahující kladný i záporný náboj, což jim umožňuje jedinečné interakce s okolními ionty. Po přidání do elektrolytu se molekuly C10 spontánně shlukovaly do nanostruktur o průměru přibližně 3,77 nanometru. Tyto struktury plnily dvě klíčové funkce současně: zaprvé, naváděly zinkové ionty k rovnoměrnějšímu ukládání na povrchu elektrody, čímž omezovaly tvorbu nepravidelných zinkových struktur, které mohou baterie poškozovat; zadruhé, vytvořily tenkou ochrannou vrstvu přes zinkový kov, která ho chránila před přímým kontaktem s vodou a omezovala korozivní vedlejší reakce.

Kombinovaný efekt přinesl podstatné zlepšení výkonu. Vodní baterie využívající upravený elektrolyt si udržely stabilní provoz po dobu více než 2 800 hodin. Články také dosáhly plošné kapacity 8,10 mAh cm⁻², což vědci označují za světově nejlepší výkon mezi dosud ohlášenými systémy vodních baterií. Výzkumníci zdůrazňují, že výkon vodních baterií lze výrazně zlepšit jednoduchým přidáním malého množství materiálu do elektrolytu, bez nutnosti drahých materiálů nebo složitých výrobních procesů.

Zlepšení životnosti cyklů i skladovací kapacity bylo dlouhodobou výzvou pro vývojáře vodních baterií, přičemž mnoho předchozích přístupů zlepšilo jednu metriku na úkor druhé. Nová strategie elektrolytu řeší oba problémy současně a zároveň se vyhýbá nákladným změnám ve výrobě. Vědci věří, že tato technologie by mohla být užitečná pro velkokapacitní aplikace skladování energie, kde jsou bezpečnost, náklady a odolnost kritickými faktory. Kromě ukládání energie z obnovitelných zdrojů má technologie potenciál pro použití ve velkých systémech pro ukládání energie (ESS) pro infrastrukturu umělé inteligence a datová centra, které zažívají explozivní růst. Zjištění byla publikována v časopise Nano-Micro Letters.