Stanfordi Ülikooli teadlased valmistasid tsink-õhk aku, millel on parem katalüütiline aktiivsus ja vastupidavus kui kallimatel, plaatina- ja iridiumkatalüsaatoritega akudel. Katsete õnnestumisel võiks uus tehnoloogia liitium-ioon akudele odavat konkurentsi pakkuda. Teadustöö avaldati ajakirjas Nature Communications.
Tsink-oksiid aku kolme elektroodiga seadistuses. Aku tühjenemisel teeb tööd süsinik-nanotorudega rikastatud koobalt-oksiid katalüsaator ning aku laadimisel töötab kaksikkiht raud-nikkel-hüdroksiid katalüsaator.
„Suure energiatihedusega turvaliste ning töökindlate akude kasvav ülemaailmne nõudlus ei ole riigisaladus,“ ütles artikli autor ning Stanfordi Ülikooli keemiaprofessor Hongjie Dai. „Metall-õhk akud on odava kaasaskantava energia nälja, mis on näiteks keskmisel sülearvutil üsna suur, vähendamise võimalusi.“
Dai sõnul on teadusmaailm seni keskendunud liitium-ioon akude parendamisele, olgugi, et neil on suhteliselt kesine energiatihedus, kõrge tootmishind ning kasutaja tervisele keskmisest ohtlikum töötsükkel. „Metall-õhk akudel on parem energiatihedus, ning tõsiasi, et Maal on oluliselt rohkem hapnikku kui liitiumi, on veenev võrdlusargument.“
Tsink-õhk aku elektrolüüdis on liidetud atmosfäärne hapnik ning tsingi aluseline elektrolüüt. Elektromotoorjõu tootmisega kaasneb tsinkoksiidi teke. Laadumisel protsess pöördub ning hapnik ja tsink eraldatakse.
„Tsink-õhk patareid on odavad ning ohutud. Taaslaetamatuid, madala võimsustihedusega metall-õhk patareisid on edukalt müüdud telekommunikatsiooni- ja meditsiinifirmadele. Ent taaslaetava tsink-õhk aku valmistamine on olnud keeruline sobivate õhk-katalüsaatorite puudumise tõttu. Tsinkelektroodide lühike eluiga on samuti problemaatiline,“ ütles Dai.
„Õhkelektroodile on vaja vastupidavat elektrokatalüsaatorit, millega aku tühjenemisel ning laadumisel hapniku oksüdatsiooni ja reduktsiooni edendada. Praegustel tsink-õhk akudel on mõlemad reaktsioonid valdavalt kohmakad.”
Sama töörühm on varemgi suure katalüütilise aktiivsuse ning vastupidavusega elektrokatalüsaatoreid valmistanud. Selleks on kasutatud odavaid metalle või süsinik-nanotorudega rikastatud nanokristalle.
„Leidsime, et sarnased katalüsaatorid andsid tsink-õhk aku ja patarei tööjõudlusele oluliselt juurde. Koobalt-oksiidi ning õhu hübriidkatalüsaatori kasutamine hapniku oksüdeerimiseks ning nikli-raua-hüdroksiidi ja õhu hübriidkatalüsaator kasutamine hapniku redutseerimiseks päädis rekordkõrge energeetilise efektiivsusega tsink-õhk akuga, millel on liitium-ioon analoogidest kaks korda parem energiatihedus,“ seletas Dai. Uuel akul on ka hea laengukestvus ning mahusäilivus.
„Enne tehnoloogia turustamist on vaja lahendada probleemid tsinkelektroodi ja elektrolüüdiga,“ lisas Dai.
Allikas: Phys.org