Железо вместо платины: создан новый катализатор для аккумуляторов будущего

Учёные из Университета Тохоку в Японии представили инновационный катализатор на основе железа, способный радикально повысить эффективность и срок службы цинк-воздушных аккумуляторов. Данный тип элементов питания рассматривается как перспективная альтернатива литий-ионным аналогам благодаря своей безопасности, экологичности и низкой стоимости компонентов.

Принцип работы цинк-воздушных батарей заключается в использовании атмосферного кислорода для генерации электроэнергии. Это обеспечивает высокую энергоемкость при значительно меньших расходах на производство, так как цинк является доступным и дешёвым ресурсом в сравнении с литием.

Главным препятствием для массового внедрения технологии оставалась необходимость ускорения реакции восстановления кислорода. Традиционно для этого требуются дорогостоящие катализаторы на базе платины и других редких металлов, что нивелирует экономическую выгоду от использования цинка.

Решение проблемы с помощью оксида железа

Японские исследователи предложили отказаться от редких металлов в пользу оксида железа (Fe2O3). Хотя сам по себе этот материал недостаточно активен из-за слишком прочного удержания гидроксильных групп, что приводит к «отравлению» катализатора, ученые нашли способ оптимизировать его структуру.

Для активации процесса была создана гетероструктура, где оксид железа (Fe2O3) объединили с оксидом самария (Sm2O3). Этот специализированный «интерфейс» позволяет ослабить связь атомов железа с гидроксильными группами, что делает протекание реакции практически безбарьерным и обеспечивает стабильность системы.

Результаты тестов и перспективы применения

Лабораторные испытания подтвердили высокую активность и долговечность нового материала при многократных циклах заряда и разряда. В ходе практических экспериментов прототипы цинк-воздушных батарей успешно запитали светодиодную лампу и обеспечили зарядку смартфона.

Как отмечает профессор Университета Тохоку Хао Ли, технология применима как в классических жидких, так и в перспективных гибких твердотельных аккумуляторах. В случае успешного масштабирования производства, такие накопители смогут найти применение в самых разных отраслях:

• носимая электроника;
• мобильные устройства;
• системы хранения энергии для солнечных и ветряных электростанций.

В ближайшем будущем команда планирует адаптировать этот метод для других типов энергетических систем, чтобы создать более дешёвые и безопасные альтернативы существующим технологиям хранения энергии.