Японські вчені знайшли рішення для акумуляторів майбутнього

Науковці з Університету Тохоку в Японії створили каталізатор на основі заліза, який здатний суттєво підвищити ефективність і довговічність цинк-повітряних акумуляторів. Ці батареї вважаються одним із найперспективніших замінників літій-іонних технологій завдяки доступності матеріалів, низькій вартості та високому рівню безпеки.

На відміну від звичних літій-іонних аналогів, цинк-повітряні батареї використовують кисень із навколишнього повітря для вироблення електроенергії. Це дозволяє їм накопичувати більше енергії при менших витратах на виробництво. До того ж цинк значно дешевший за літій і широко доступний у всьому світі.

Головною технічною перешкодою для таких акумуляторів довгий час залишалася реакція відновлення кисню — ключовий процес усередині батареї. Для її прискорення традиційно застосовують дорогі каталізатори на основі платини та інших рідкісних металів, що робить виробництво економічно невигідним.

Щоб обійти це обмеження, японські дослідники звернулися до оксиду заліза (Fe2O3) — недефіцитного, стабільного в лужному середовищі та вкрай дешевого матеріалу. Проблема полягала в тому, що сам по собі оксид заліза надто міцно утримує гідроксильні групи, блокуючи вивільнення продуктів реакції та фактично «отруюючи» каталізатор. Вирішенням стало створення гетероструктурного інтерфейсу шляхом поєднання Fe2O3 з оксидом самарію (Sm2O3). Така комбінація оптимально послабила надмірний зв’язок між атомами заліза та гідроксильними групами, і реакція пішла безбар’єрно.

Новий матеріал продемонстрував високу каталітичну активність, стабільну роботу та хорошу довговічність навіть після тривалих циклів заряджання та розряджання. Розробку перевірили не лише теоретичними розрахунками — експериментальні цинк-повітряні елементи живлення успішно забезпечили роботу світлодіодної лампи і повністю зарядили смартфон.

За словами професора Університету Тохоку Хао Лі, технологія однаково ефективно працює як у традиційному рідинному виконанні, так і в сучасних гнучких твердотільних варіантах акумуляторів. У разі успішного масштабування до промислового виробництва такі батареї зможуть застосовуватися в носимій електроніці, мобільних пристроях і великих системах накопичення енергії для сонячних та вітрових електростанцій.

Надалі дослідники планують застосувати той самий підхід до інших типів акумуляторів та енергетичних систем. На їхню думку, це відкриває шлях до створення дешевших, безпечніших і екологічніших альтернатив сучасним літій-іонним технологіям.