Разработан новый катодный материал для водных цинк-ионных аккумуляторов с повышенной ёмкостью

Исследовательская группа из Гонконгского политехнического университета и Шэньчжэньского университета представила новую технологию для создания водных цинк-ионных аккумуляторов. Эти аккумуляторы считаются более безопасной и дешёвой альтернативой литий-ионным, так как в них используется негорючий электролит на водной основе и широко распространённый цинк. Суть разработки заключается в создании нового катодного материала, который значительно улучшает ключевые характеристики батарей.

Основой нового катода стал ванадат аммония (NH4V4O10), модифицированный с помощью метода совместной интеркаляции. В его слоистую структуру были одновременно внедрены ионы калия (K⁺) и нитрид углерода (C3N4). Этот процесс позволил увеличить межслойное расстояние в кристаллической решётке катода до 10,62 ангстрем. Такое расширение структуры облегчает движение ионов цинка (Zn²⁺) во время циклов заряда и разряда, что напрямую повышает скорость работы аккумулятора. Кроме того, синергетический эффект от присутствия калия и нитрида углерода снижает электростатическое взаимодействие между ионами цинка и слоями катода, уменьшая энергетический барьер для их диффузии и повышая структурную стабильность.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nano-Micro Letters, полученный катод демонстрирует высокие электрохимические показатели. При комнатной температуре его удельная ёмкость достигает 228,4 мАч/г, а после 10 000 циклов заряда-разряда сохраняется на уровне 174,2 мАч/г, что свидетельствует о долговечности. Удельная энергоёмкость составляет 210 Вт·ч/кг при удельной мощности 14 200 Вт/кг. Материал также показал стабильную работу в широком диапазоне температур: 111,3 мАч/г при -20 °C и 208,6 мАч/г при +60 °C. Для производства используются недорогие и масштабируемые методы гидротермальной обработки и перемешивания, что открывает перспективы для массового производства таких аккумуляторов для электроники, работающей в сложных климатических условиях, и для систем накопления энергии.

Источник: Interestingeng Iineering