Исследователи из Австралии и Китая работают над разработкой первой в мире безопасной и эффективной нетоксичной водной алюминиево-радикальной батареи. Команда из Университета Флиндерс в Южной Австралии и Чжэцзянского университета науки и технологий в Китае сообщает о первых этапах разработки этих новых батарей в новой статье, опубликованной во флагманском журнале Американского химического общества — American Chemical Journal.
Большинство аккумуляторов содержат опасные материалы, которые могут загрязнить окружающую среду, если их выбросить на свалку или в другое место. Такие вещества, как свинец, кадмий и ртуть, отравляют людей и животных, загрязняют почву и воду и сохраняются в окружающей среде в течение длительного времени.
Исследовательские лаборатории доктора Кая Чжана из Чжэцзянского научно-технического университета и доцента Цзя Чжунфаня из Университета Флиндерса сотрудничали в проведении (электрохимических) и аккумуляторных испытаний стабилизированных свободных радикалов в наиболее часто используемом кислотном электролите Льюиса (Al(Otf)3).
Команда разработала первую конструкцию батареи на основе алюминия, в которой используется огнестойкий и устойчивый к воздуху электролит на водной основе, обеспечивающий стабильное выходное напряжение 1,25 В и емкость 110 мАч·г-1 в течение 800 циклов с потерями всего 0,028% за цикл.
Профессор Цзя Чжунфан из Школы науки и техники Университета Флиндерса надеется использовать биоразлагаемые материалы для разработки аккумуляторных батарей в будущем, что сделает продукцию безопасной и устойчивой.
Профессор Цзя сказал, что многовалентные металл-ионные батареи, в том числе Al3+, Zn2+ или Mg2+, используют преимущества обильных элементов в земной коре и обеспечивают гораздо более высокую плотность энергии, чем литий-ионные батареи (LIB).
«Алюминий-ионные батареи (AIB), в частности, привлекли значительное внимание, поскольку алюминий является третьим по распространенности элементом (8,1%), что делает AIB потенциально устойчивой и недорогой системой хранения энергии».
Однако одной из основных проблем, с которыми в настоящее время сталкивается АИБ, является медленное движение ионных комплексов Al3+, что приводит к низкой катодной эффективности АИБ. Органические сопряженные полимеры являются новым катодом для AIB, который может решить проблему транспорта ионов, но их выходное напряжение батареи все еще оставляет желать лучшего.
Стабильные радикалы представляют собой класс органических электроактивных молекул, которые широко используются в различных органических аккумуляторных системах. Первый такой продукт был коммерциализирован NEC в 2012 году.
Лаборатория Цзя в Университете Флиндерса ранее разработала основные материалы для органических гибридных литий-ионных батарей, натрий-ионных батарей и полностью органических батарей. Эти радикальные материалы никогда не нашли применения в АИБ из-за отсутствия понимания их (электро)химических реакций в электролитах.