Этиленгликоль могут использовать в новом типе батарей
Ученые ищут замен литийионным аккумуляторам — их опасно производить и трудно утилизировать. Одним из вариантов могут стать батареи на основе цинка, а в качестве электролита в них, предположительно, станут использовать этиленгликоль. Представляем вашему вниманию перевод статьи Боба Йирка, опубликованной на сайте Tech Xplore.
Преимущества цинковых батарей перед литийионными
Группа исследователей из нескольких учебных заведений Китая нашла способ изготовления аккумуляторов с использованием цинка вместо ионов лития, но без проблем, традиционно связанных с цинком. В работе, опубликованной в журнале Nature Sustainability, исследователи описывают батареи и их характеристики.
В том же номере Флоренсио Сантос и Антонио Фернандес Ромеро из Политехнического университета Картахены (Испания) опубликовали статью «Новости и мнения». Они изложили общие проблемы, связанные с использованием цинка для производства аккумуляторов, а также оценили данные, полученные китайскими исследователями.
Сантос и Фернандес Ромеро отмечают, что литийионные батареи широко используются в портативных устройствах и электромобилях. При этом такие аккумуляторы опасно производить, эксплуатировать и трудно утилизировать. По этой причине ученые давно ищут подходящую замену данному типу батарей.
Один из таких кандидатов — цинк: он дешевле в использовании, легче поддается переработке и менее токсичен. Кроме того, этот металл распространен шире, чем литий. Но, к сожалению, цинк до сих пор не используют для массового производства аккумуляторов из-за его склонности к образованию дендритов на электродах — это приводит к замыканиям и даже возгораниям.
В новой работе исследователи отметили, что проблема с цинком возникает, когда он вступает в контакт с водой, содержащейся в электролите. Они также подчеркнули, что попытки использования безводных растворов привели к удорожанию производства и не принесли необходимых результатов. Более того, применять такие электролиты небезопасно.
Зачем в новом типе аккумуляторов понадобится этиленгликоль
Китайские исследователи попробовали использовать гидрат тетрафторбората цинка в качестве соли, а этиленгликоль (ЭГ) — в виде электролита.
Ученые выбрали этиленгликоль в виду его дешевизны, минимальной токсичности, высоких температур кипения и вспышки, а также относительно низкой температуры застывания среди различных спиртов.
В результате на электродах образовывался слой фторида цинка (ZnF2), который не только предотвращал образование дендритов, но и подавлял побочные реакции.
Содержание воды в растворе H2O/ЭГ равно содержанию воды в 4 моль/л вещества Zn(BF4)2/ЭГ. Время от воздействия пламени до воспламенения показано оранжевой стрелкой. NA указывает на отсутствие воспламенения.
Электролит, описанный в исследовании, хорошо работает в широком диапазоне температур и не воспламеняется. В ходе испытаний было установлено, что он выдерживает 4000 часов циклического режима.
Результаты исследования дают надежду на то, что цинковый аккумулятор с новым типом электролита станет достойной альтернативой литийионным батареям. Ученые отмечают, что их открытие нуждается в улучшениях. В частности, необходимо работать над плотностью тока и увеличивать емкость, чтобы сделать новые аккумуляторы конкурентоспособными.
