Учени от Китай разработиха нова технология, която увеличава значително капацитета на полутвърдите акумулаторни системи на базата на манган. Електролит под формата на суспензия от манганов диоксид увеличава капацитета на акумулатора с 409% в сравнение със стандартните системи, използващи електролит от манганов сулфат. Подобрението на показателите се запазва дори при по-високи плътности на тока, което прави мангановите батерии подходящо решение за мащабни мрежови системи за съхранение на енергия.

Батериите с манганов електролит са предпочитани поради безопасността, ниската себестойност и високата достъпност на суровината. При конвенционалните редокс акумулатори обаче разтворимостта на съединенията в електролита е ограничена, което поставя граница пред обема на съхраняваната енергия.

Още по темата:
Mercedes разработва LNMO батерии без кобалт за следващото си поколение електромобили

Преодоляване на химичните ограничения с твърд MnO₂

Внедряването на твърд манганов диоксид (MnO₂) позволява увеличаване на съдържанието на активното вещество. Въпреки това полутвърдите акумулаторни батерии от този тип трудно постигат бързо зареждане и разреждане поради бавния процес на химичните реакции, което ограничава тяхната високроскостна работа.

За решаването на тези два проблема изследователите от Шанхайския университет добавят в електролита твърд MnO₂ вместо стандартния разтвор от манганови соли, с което модифицират механизмите на електрохимичния процес.

„По време на разреждането твърдият манганов диоксид (MnO₂) се превръща електрохимично в разтворими йони Mn²⁺. Това позволява използването на повече активен материал, без той да се ограничава от първоначалния праг на разтворимост.“

обясняват учените от Шанхайския университет

В резултат на новия подход суспензията с концентрация на разтворен манган от 3,76 M увеличава капацитета на батерията до 156,2 Ah/L — стойност, която надвишава характеристиките на еталонния електролит на базата на MnSO₄ с 409%.

Висока плътност на тока и цикличен живот

Разработката подобрява и работните характеристики при повишена плътност на тока. Данните от изпитванията сочат, че при плътност на тока от 30 mA/cm² и идентична концентрация на суспензията капацитетът на акумулатора остава над 151 Ah/L, а енергийният коефициент на полезно действие (КПД) надхвърля 71%.

Постигнатите оперативни плътности на тока надвишават 30 пъти докладваните досега стойности за полутвърди проточни окислително-редукционни акумулатори с MnO₂. Данните потвърждават, че високата концентрация на активен материал не забавя скоростта на реакцията, съобщава Interesting Engineering.

При лабораторни тестове прототип с 1 M суспензия на MnO₂ постига 100 последователни цикъла на зареждане и разреждане, като поддържа кулонов КПД от около 99% и енергиен КПД от 76%.