Воздушно-цинковые перезаряжаемые xимические источники тока

Разработан двухслойный пористый гидрофобизированный воздушный электрод, не содержащий платиновых катализаторов и способный циклироваться (рис.4.11.4, а). Бифункциональным катализатором служил пиролизованный макроцикл кобальта - пирополимер (ПП*), созданный в ИНЕОС РАН и Ивановском государственном химико-технологическом университете.

Дальнейшие работы показали, что более высокую активность и стабильность имеет трехслойный электрод с никелевым слоем, активным в реакции выделения кислорода, средним слоем с катализатором восстановления кислорода (диоксидом марганца, перовскитом или пирополимером) и диффузионным слоем для подвода воздуха (рис.4.11.4, б).

Разность потенциалов выделения кислорода и восстановления кислорода воздуха на таких электродах составляла 700-800 мВ. Таким образом, в воздушно-цинковых перезаряжаемых ХИТ могут использоваться достаточно активные и стабильные двухслойные электроды с бифункциональным катализатором или трехслойные электроды с двумя катализаторами.

Фирма AER Energy Resources разработала призматический воздушно-цинковый портативный ХИТ, предназначенный для ноутбуков и другой электронной аппаратуры емкостью 20 А ч [0.21]. Элемент состоит из высокопористого цинкового анода, матричного электролита в высокопористом сепараторе и тонкого двухслойного воздушного электрода.

Размеры элемента 135x76x12,2 мм. К особенностям конструкции этого ХИТ можно отнести наличие устройства для управления скоростью поступления воздуха (от нулевой до максимальной, соответствующей току пика мощности 3 А). Разрядная кривая при умеренных скоростях разряда достаточно пологая (рис.4.11.5). Диапазон рабочих температур - от 5 до +35 °С. Батарея заряжается при постоянном токе в две стадии. Сначала заряд до достижения около 85% емкости проводится при умеренной скорости (см. рис.4.11.5), затем скорость заряда уменьшается. Для полного заряда батареи требуется 24 ч. Коэффициент полезного действия близок к 50%. Для увеличения срока службы необходимо контролировать скорость заряда и не допускать перезаряда. Параметры ХИТ приведены в табл.4.11.3. Фирма Dreisbach Electromotive Inc. разработала ХИТ планарного типа биполярной конструкции, предназначенный для электромобиля [0.21]. Анод готовится из порошкового цинка. Электролит (КОН) содержит загуститель. Размеры одного элемента 330x350x7,5 мм, масса 1 кг. Для устойчивой работы ХИТ регулируется влажность воздуха и удаляется СО2. При кратковременных разрядах удельная мощность может быть увеличена, но при этом снижается удельная энергия. К основным недостаткам фирма относит невысокую удельную мощность и ограниченный срок службы сепаратора (матрицы).

В Швейцарии разрабатывается воздушно-цинковый аккумулятор емкостью 20 А ч и напряжением 12 В. Анод площадью 100-200 см2 состоит из порошков оксида цинка (84%), целлюлозы (10%), фторопласта (4%) и РЬО (2%). Применяется целлюлоза с длиной волокон более 5 мм. Паста наносится на освинцованную медную сетку. Электрод сушится при 110 °С, обертывается тремя слоями сепаратора Celgard (с эффективными размерами пор 0,02 мкм) и пропитывается раствором электролита, состоящего из КОН (15%), ZnO (насыщенного) и KF (1,5 М). Электрод формируется в течение трех циклов (С/25-С/30). Двухслойный воздушный электрод изготавливается методом каландрования. Активный слой содержит перовскитовый катализатор (с размерами частиц 2 мкм) на носителе из графитизированной сажи и фторопласт (15%). Диффузионный слой состоит из графитизированной сажи и фторопласта. Из табл.4.11.3. следует, что воздушно-цинковые ХИТ характеризуются высокими значениями удельной энергии, однако их удельная мощность относительно невелика. За последние годы удалось существенно повысить ресурс и удельную мощность этих ХИТ. Так разработчики показали возможность достижения удельной мощности до 200 Вт/кг. Стоимость ХИТ оценивается в 120-130 долл. США/(кВт ч). К недостаткам ХИТ следует отнести относительно невысокий КПД (40-45%) и чувствительность к перезаряду.