Специалисты ЮУрГУ работают над адаптацией металл-воздушных (цинк-воздушных) химических источников тока для конкретных прикладных задач.
В настоящее время коллектив лаборатории занимается разработкой цинк-воздушной батареи, обладающей высокой энергоемкостью, сопоставимой с емкостью литий-ионного аккумулятора, но при этом новый тип батареи отличается значительно более низкой стоимостью. Как отмечает инициатор исследования – руководитель лаборатории электромеханических, электронных и электрохимических систем Владимир Живулин, такая экономическая модель делает технологию перспективной, прежде всего, для применений, предполагающих однократное использование источника тока.
Исследователи разделяют два класса устройств. Металл-воздушные батареи как химические источники тока первого рода не подлежат перезарядке привычным способом – путем подключения к внешнему источнику тока; их перезарядка может осуществляться заменой безвозвратно расходуемого катода. Такой тип, по оценке коллектива, представляет интерес для промышленного электротранспорта. Электрически перезаряжаемые металл-воздушные аккумуляторы (secondary Zn-air) в настоящее время являются предметом актуальных научных исследований в мировой повестке. В ЮУрГУ их планируют разрабатывать в ближайшем будущем.
Определенная материаловедческая преемственность в исследованиях лаборатории сохраняется. Основным технологическим барьером для коллектива остается изготовление газодиффузионного катода. Согласно данным научной литературы, эффективными катализаторами для работы такого катода могут выступать оксиды марганца и кобальта, сложные смешанные оксиды, а также углерод. С этими материалами ученые лаборатории уже плодотворно работают и намерены их использовать и в новых наработках.
Перед коллективом поставлена задача – изготовить прототип батареи емкостью 18 А·ч и напряжением 24 В при условии, что стоимость изделия будет в пять раз ниже литий-ионного аналога при сопоставимой энергоемкости. Подобные батареи применяются в малогабаритном электротранспорте; наличие элемента с такими характеристиками позволит в дальнейшем создавать последовательные и параллельные сборки для достижения требуемых значений емкости и напряжения.
Цинк-воздушная батарея рассматривается как альтернатива разрабатываемому цинк-ионному аккумулятору для применения в электротранспорте – направление вписывается в существующие планы молодежной лаборатории электромеханических, электронных и электрохимических систем, конечной целью которой заявлен прототип промышленного электротранспорта к концу 2027 года. При этом исследователи изучают возможность создания гибридной системы, в которой цинк-воздушная батарея будет обеспечивать непрерывный подзаряд цинк-ионного аккумулятора, а тот, в свою очередь, – необходимую мощность. Разработка гибридных систем, по оценке коллектива, находится на переднем крае науки в сфере электротранспорта.
Источник: ЮУрГУ