Исследователи из Мичиганского университета представили прототип «структурного» цинкового аккумулятора с твердым хрящеобразным электролитом, который даже при повреждении продолжает стабильно и безопасно работать.
Идея структурного аккумулятора заключается в том, чтобы накапливать и хранить энергию в конструктивных элементах, например, бампере автомобиля или крыле дрона, уменьшая их общий вес. Ученые из Энн-Арбора обнаружили, что ткань нашего колена и батарея смартфона имеют удивительно схожие потребности. Это вдохновило их на создание прототипа безопасного и легкого аккумулятора из похожего на хрящ материала, долговечного и легко структурируемого.
В разработанном прототипе арамидные нановолокна (материал бронежилетов), выступают в качестве коллагена, а полиэтиленоксид и соль цинка, являются аналогами мягких компонентов хряща. Для полноценного функционирования устройства, команда соединила цинковые электроды с оксидом марганца. Эта комбинация из стандартных щелочных батарей, но в данном случае вместо сепаратора и электролита используется хрящеобразная мембрана.
В ходе испытаний прототип продолжал стабильно работать даже после сквозных проколов и удаления отдельных частей. Такие уникальные свойства обусловлены твердой структурой электролита, который позволяет ионам свободно перемещаться от одного электрода к другому. Он также препятствует росту дендритов – металлических усиков, которые приникают в сепаратор между электродами и создают полосы для движения электронов, что приводит к замыканию цепи и может вызвать возгорание. Именно по этой причине производители ранее игнорировали цинк.
Установленные на дронах, цинковые аккумуляторы увеличили время полета на 5-25%, в зависимости от размера элемента, массы беспилотника и погодных условий. На данном этапе, они лучше всего подходят в качестве вторичных источников энергии, потому что все еще не могут заряжаться и разряжаться так же быстро, как литий-ионные аналоги. Однако команда инженеров уже начала поиск лучшего электрода, который позволит ускорить эти процессы и продлить срок службы. Сейчас прототипы способны эффективно работать более 100 циклов при 90% емкости.
Ранее мы писали, что исследовательское подразделение Honda разработало новый тип аккумулятора, который хранит в 10 раз больше энергии, чем литиевый.
текст: Илья Бауэр, фото: Evan Dougherty/Michigan Engineering, видео: YouTube/Michigan Engineering