«Безопасное и недорогое хранение энергии», — утверждает этот преподаватель Университета Флориды о аккумуляторе, который может заменить литий.

18/10/2026 22:00

Обновлено до

18/10/2026 22:00

Команда из Колледжа инженерии FAMU-FSU, совместного учебного заведения Университета Флорида A&M и Университета штата Флорида, представила перезаряжаемую щелочно-йонную батарею на водной основе, предназначенную как для масштабного хранения энергии, так и для использования в домашних устройствах.

Разработка, возглавляемая профессором Петру Андреем и аспирантом Пэном Вангом, была опубликована в журнале ACS Omega и основана на недорогих материалах и более простом процессе сборки по сравнению с традиционными методами.

Конкуренция с литием

Этот прогресс происходит в то время, когда литиево-ионные аккумуляторы по-прежнему являются стандартом отрасли, но у них есть две постоянные проблемы: риск перегрева и их воспламенчивость. К этому добавляется их экологический след, что побудило различные исследовательские группы искать альтернативы с более высокой безопасностью и меньшим воздействием на окружающую среду.

В таких условиях водные цинк-ионные аккумуляторы, известные как AZIBs, привлекают внимание благодаря своей низкой стоимости и более экологичным характеристикам, однако до сих пор их распространение замедляется из-за технических ограничений.

Показателем, отражающим масштаб прогресса, является долговечность: аккумулятор сохранил свою емкость после более чем 900 быстрых циклов зарядки и разрядки, что исследователи считают прочной основой для рассмотрения его практического использования в домашних условиях, электросетях и крупных резервных системах.

Основным препятствием было развитие дендритов — крошечных металлических структур, появляющихся во время зарядки, которые могут пробивать внутренние барьеры аккумулятора, вызывать короткие замыкания и приводить к преждевременному выходу из строя. К этому добавляются сложность производства и отсутствие долгосрочной стабильности — три препятствия, которые сдерживают его переход от лабораторных условий к более амбициозному промышленному применению.

Предложение группы из Флориды направлено на устранение этой слабости уже на этапе проектирования самого электролита. Вместо традиционных методов система включает специализированный гидрогель с местным электроосаждением диоксида марганца, благодаря чему один из ключевых компонентов формируется прямо внутри элемента в процессе сборки, а не как отдельная деталь, изготовленная заранее и вставляемая позже.

По словам исследователей, весь процесс происходит в воде с использованием негорючего гидрогеля, который помогает стабилизировать аккумулятор и предотвращать образование дендритов.

Этот гидрогель состоит из поливинилового спирта и нановолокон арамида, полученных из Кевлара — материала, используемого в бронежилетах. Их сочетание образует гибкую и прочную сеть, способную удерживать электролит и служить физическим барьером против цинка, образующего дендриты. По словам авторов, в результате получается аккумулятор, который может быстро заряжаться и разряжаться без необходимости использования опасных растворителей или интенсивной сушки.

Различия также кроются в процессе изготовления. В то время как традиционный метод требует смешивания порошков с растворителями для получения густой пасты, нанесения её на металлические листы и последующей длительной сушки, новая технология полностью исключает этот этап смешивания пасты. Благодаря этому уменьшается количество оборудования, необходимых процедур контроля качества и этапов производства, что, по мнению исследователей, облегчает её интеграцию в промышленные линии.

Помимо лабораторных исследований, проект привлекателен благодаря своим потенциальным применениям. Авторы указывают на сетевое хранение энергии, которое критически важно для снижения нагрузки от источников, таких как солнечная и ветровая энергия, а также на домашние системы резервного питания, гибкую электронику и портативные медицинские устройства, в которых горючесть традиционных батарей представляет дополнительный риск.

Андрей считает, что будущее этой технологии заключается в безопасном, недорогом хранении с длительным сроком службы, даже если это означает отказ от максимальной энергоемкости, характерной для существующих на рынке решений.