Ученые из Центрального Южного университета под руководством профессоров Цзинцзин Тан и Хуань Ян нашли способ улучшить цинковые аноды для водных цинк-ионных аккумуляторов (AZIB). Проблема в том, что обычные цинковые электроды быстро портятся из-за коррозии и образования дендритов — игольчатых наростов, которые могут пробить сепаратор и вызвать короткое замыкание.

Дендриты — микроскопические древовидные структуры, которые растут на поверхности электрода при заряде батареи. Как сосульки, они прокалывают сепаратор, вызывая короткое замыкание.

Команда предложила добавлять в электролит аспартам — да, тот самый, что используют как подсластитель. Оказалось, он помогает создать защитную пленку на поверхности цинка, которая не только предотвращает разрушение, но и умеет «залечивать» себя при повреждениях.

Подробности опубликованы в издании Nano-Micro Letters.

Что это дает

• Симметричные элементы (где оба электрода из цинка) работают 10 330 часов при комнатной температуре и 6 400 часов на холоде (–5 °C).
• КПД заряда-разряда достигает 99,59%.
• В полной батарее с катодом из V₂O₅ после 1 750 циклов сохраняется 150 мА·ч/г — это очень высокий показатель.

Защитная пленка работает так: молекулы аспартама отталкивают воду и сульфат-ионы, которые разъедают цинк, а кислород из электролита помогает ей восстанавливаться. Это подтвердили снимки с рентгеновского фотоэлектронного спектрометра (XPS) и фокусированного ионного пучка (FIB).

Теперь ученые хотят проверить, как такая пленка поведет себя в других типах батарей и при более долгой работе.

Если технология дойдет до производства, это может удешевить и улучшить аккумуляторы для:

• Сетевых накопителей — дешевый цинк вместо лития снизит стоимость хранения энергии.
• Гибкой электроники — водные электролиты безопаснее, значит, батареи можно встраивать в одежду или медицинские датчики.
• Холодного климата — стабильная работа при –5 °C открывает возможности для использования в уличных устройствах.

Исследование не учитывает, как аспартам поведет себя при высоких токах заряда/разряда. В реальных условиях батареи часто работают в форсированных режимах, и пленка может не успевать самовосстанавливаться. Также неясно, как добавка влияет на экологичность утилизации.

Ранее ученые улучшили цинк-йодные батареи сухими электродами.