Новая технология для марганцево-цинковых аккумуляторов

Ученые и исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) разработали технологию, которая поможет сделать марганцево-цинковые аккумуляторы более эффективными и надежными.

Элементы питания на основе марганца и цинка являются достаточно перспективными, но до этого времени инженерам и ученым никак не удавалось сделать их более емкими и долгоживущими. Хотя первые прототипы появились еще в 90-х годах прошлого столетия. К достоинствам этого типа батарей можно отнести их экологическую безопасность для окружающей среды.

Теперь же команде ученых из PNNL наконец-то удалось сделать марганцево-цинковые аккумуляторы долговечными, а их удельная емкость в перспективе может сравниться со свинцово-кислотными батареями. Как же им это удалось?

Как отмечают сами ученые, новая технология родилась на основе глубокого анализа химических и электрических процессов, протекающих внутри аккумуляторной батареи. На основе этих исследований ученые выявили, что для поддержания работоспособности в марганцево-цинковом аккумуляторе необходимо лишь контролировать химический баланс всех происходящих при заряде и разряде процессов.

Ошибкой всех предыдущих исследований в этой области было то, что ученые считали процессы, происходящие в марганцево-цинковых и литий-ионных аккумуляторах идентичными. Но, как оказалось это далеко не так. Работа марганцево-цинковой батареи больше близка к работе свинцово-кислотного аккумулятора – то есть процесс создания направленного потока заряженных частиц – это не поток ионов по направлению от одного электрода к другому, а обратимая химическая реакция.

В результате химической реакции между оксидом марганца в качестве положительного электрода и водосодержащего электролита, в который он погружен, образуется новый материал – гидроксил сульфат цинка, который, по сути, в электрической цепи аккумулятора выступает третьим (промежуточным) электродом. Из-за него эффективность всей батареи резко падает.

Чтобы предотвратить этот процесс ученые повысили концентрацию марганца в аккумуляторе. И, как показали исследования, это сработало. Удельная емкость батареи повысилась до 285 мА·ч/грамм, а количество возможных циклов заряд/разряд (степень живучести) до 5000.

Правда, теперь концентрацию марганца необходимо как-то контролировать постоянно, так что ученые продолжают свои изыскания в этой области.

Источник информации: PNNL (www.pnnl.gov)