Графеновый катализатор сохранил 97,6% эффективности батареи после 1500 циклов

Учёные из Китайской академии наук разработали фторированный графеновый катализатор, чтобы ускорить реакции внутри батареи. В лабораторных испытаниях аккумулятор с ним достиг 98% эффективности полного цикла зарядки и разрядки и стабильно работал в обычном воздухе более 820 часов, сообщает Interesting Engineering.

Катализатор FG-3 содержит 3,1% фтора. Команда под руководством Вэнь Чжэньхая и Хуан Цзюньхэна из Института исследований структуры вещества получила его с помощью контролируемого нагрева. При нагреве часть фтора удалялась, а углеродная структура материала вновь приобретала электропроводность. Исследователи изготовили несколько образцов с разным содержанием фтора; FG-3 показал лучшие результаты.

Цинк-воздушная батарея вырабатывает электричество благодаря реакциям металлического цинка с кислородом из воздуха. Цинк доступен и сравнительно недорог, а такие батареи способны запасать много энергии. Их сложно перезаряжать: реакции при зарядке и разрядке требуют больших затрат энергии и ускоряют износ материалов. Учёные сосредоточились на двухэлектронном превращении кислорода в пероксид водорода и обратно. По их данным, этот путь отличается более быстрым протеканием реакции и лучшей обратимостью.

В испытаниях с FG-3 эффективность реакции по Фарадею достигла 98%, а селективность образования пероксида водорода составила 97,4%. Отдельно исследователи собрали неперезаряжаемую цинк-воздушную батарею с этим катализатором: её пиковая плотность мощности достигла 569 мВт/см². Перезаряжаемый вариант показал 98% эффективности полного цикла зарядки и разрядки. После примерно 1500 циклов этот показатель составил 97,6%. Показатель 98% относится к испытанию перезаряжаемой батареи, а не к результату после 1500 циклов.

Авторы считают, что результаты могут помочь в создании углеродных катализаторов без металлов. Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition.