ҚҰЙМА ЖӘНЕ КЕУЕКТІ ЭЛЕКТРОДТАРҒА НЕГІЗДЕЛГЕН МЕТАЛЛ-АУА БАТАРЕЯЛАРЫНЫҢ ӨНІМДІЛІК СИПАТТАМАЛАРЫНЫҢ САЛЫСТЫРМАЛЫ ТАЛДАУЫ

Қазіргі уақытта электр энергиясына деген өсіп келе жатқан сұранысты қанағаттандыруда электрохимиялық энергия сақтау жүйелерінің дамуы негізгі рөл атқарады. Жоғары меншікті энергия сыйымдылығына ие металл-ауа батареялары (МАБ) электр станцияларында резервтік қуат көздері ретінде пайдалануға перспективті шешімдердің бірі болып саналады. Оларды кеңінен енгізудегі негізгі шектеулердің бірі – анодтық материалдардың тиімділігін арттыру қажеттілігі. Бұл мақалада МАБ-тың жұмыс тиімділігін арттыру мақсатында кеуекті алюминий электродтарын қолдану ұсынылады. Әртүрлі технологиялар арқылы жасалған екі түрдегі кеуекті анодтар зерттелді. Ұнтақ алюминий анодында ток тығыздығы 20–30 мА/ см² деңгейінде болып, монолитті (стандартты) анодтың көрсеткіштеріне сәйкес келді. Ал алюминий көбігі ток тығыздығының едәуір жоғары мәндерін – 52–64 мА/см² көрсетті. Кеуекті анодтардың қосымша артықшылығы – олардың салмағының 10–30%-ға аз болуы, бұл өз кезегінде МАБ-тың массалық-габариттік сипаттамаларын жақсартуға мүмкіндік береді және неғұрлым тиімді энергия жүйелерін құруға жол ашады.

1. Narayanan, S.R., Prakash, G.K.S., Manohar, A., Yang, B., Malkhandi, S., & Kindler, A. Materials challenges and technical approaches for realizing inexpensive and robust iron–air batteries for large-scale energy storage. Solid State Ionics, 216, 105–109 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ssi.2012.05.016.

2. Han, X., Li, X., White, J., Zhong, C., Deng, Y., Hu, W., & Ma, T. Metal–air batteries: From static to flow system. Advanced Energy Materials, 8, 1801396 (2018). https://doi.org/10.1002/aenm.201801396.

3. Fan, X., Liu, B., Liu, J., Ding, J., Han, X., Deng, Y., Lv, X., Xie, Y., Chen, B., Hu, W., et al. Battery technologies for grid-level large-scale electrical energy storage. Transactions of Tianjin University, 26, 92–103 (2020). https://doi.org/10.1007/s12209-019-00236-w.

4. Salameh, T., Sayed, E.T., Abdelkareem, M.A., Olabi, A.G., & Rezk, H. Optimal selection and management of hybrid renewable energy system: Neom city as a case study. Energy Conversion and Management, 244, 114434 (2021). https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114434.

5. Li, Y., & Lu, J. Metal–air batteries: Will they be the future electrochemical energy storage device of choice? ACS Energy Letters, 2(6), 1370–1377 (2017). https://doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00119.

6. Wang, H.F., & Xu, Q. Materials design for rechargeable metal–air batteries. Matter, 1(3), 565–595 (2019). https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.018.

7. Parker, J.F., Chervin, C.N., Nelson, E.S., Rolison, D.R., & Long, J.W. Wiring zinc in three dimensions rewrites battery performance – dendrite-free cycling. Energy & Environmental Science, 7, 1117–1124 (2014). https://doi.org/10.1039/C3EE43674H.

8. Liu, P., Ling, X., Zhong, C., Deng, Y., Han, X., & Hu, W. Porous zinc anode design for Zn–air chemistry. Frontiers in Chemistry, 7, 656 (2019). https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00656.

9. Pino, M., Cuadrado, C., Chacón, J., et al. The electrochemical characteristics of commercial aluminium alloy electrodes for Al–air batteries. Journal of Applied Electrochemistry, 44, 1371–1380 (2014). https://doi.org/10.1007/s10800-014-0739-4.

10. Mutlu, R.N., & Yazici, B. Copper-deposited aluminum anode for aluminum–air battery. Journal of Solid State Electrochemistry, 23, 529–541 (2019). https://doi.org/10.1007/s10008-018-4147-7.

11. Ma, J., Wen, J., Gao, J., et al. Performance of Al–0.5Mg–0.02Ga–0.1Sn–0.5Mn as anode for Al–air battery in NaCl solutions. Journal of Power Sources, 253, 419–423 (2014). https://doi.org/10.1016/j. jpowsour.2013.12.088.

12. Li, D., Liu, Y., Xie, Y., et al. Porous powder anode for high performance rechargeable aluminum batteries. Journal of Power Sources, 641, 236860 (2025). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.236860.

13. Mori, R. Recent developments for aluminum–air batteries. Electrochemical Energy Reviews, 3, 344–369 (2020). https://doi.org/10.1007/s41918-020-00065-4.

14. Ma, Y., Sumboja, A., Zang, W., et al. Flexible and wearable all-solid-state Al–air battery based on iron carbide encapsulated in electrospun porous carbon nanofibers. ACS Applied Materials & Interfaces, 11, 1988–1995 (2019). https://doi.org/10.1021/acsami.8b15877.

15. Mohamed, S.G., Tsai, Y.Q., Chen, C.J., et al. Ternary spinel MCo2O4 (M = Mn, Fe, Ni, and Zn) porous nanorods as bifunctional cathode materials for lithium–O2 batteries. ACS Applied Materials & Interfaces, 7, 12038–12046 (2015). https://doi.org/10.1021/acsami.5b02601.

16. Niu, Q., Chen, B., Guo, J., et al. Flexible, porous, and metal–heteroatom-doped carbon nanofibers as efficient ORR electrocatalysts for Zn–air battery. Nano-Micro Letters, 11, 8 (2019). https://doi.org/10.1007/s40820-018-0231-0.

17. Liu, W., Placke, T., & Chau, K.T. Overview of batteries and battery management for electric vehicles. Energy Reports, 8, 4058–4084 (2022). https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.03.016.

18. Sun, Q., Dai, L., Luo, T., Wang, L., Liang, F., & Liu, S. Recent advances in solid-state metal–air batteries. Carbon Energy, 2022, 1–23. https://doi.org/10.1002/cey2.276.

19. Wang, Y., Sun, Y., Ren, W., Zhang, D., Yang, Y., Yang, J., Wang, J., Zeng, X., & NuLi, Y. Challenges and prospects of Mg–air batteries: A review. Energy Materials, 2, 200024 (2022). https://doi.org/10.20517/energymater.2022.20.

20. Wang, L., Snihirova, D., Deng, M., Vaghefinazari, B., Xu, W., Höche, D., Lamaka, S.V., & Zheludkevich, M.L. Sustainable aqueous metal–air batteries: An insight into electrolyte system. Energy Storage Materials, 52, 573–597 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.08.032.

21. Li, J., Zhang, K., Wang, B., & Peng, H. Light-assisted metal–air batteries: Progress, challenges, and perspectives. Angewandte Chemie International Edition, 61, e202213026 (2022). https://doi.org/10.1002/anie.202213026.

22. Chantavas, A. Global market outlook for solar power. SolarPower Europe, 2022, 1–25. https://www.solarpowereurope.org/press-releases/world-installs-a-record-168-gw-of-solar-power-in-2021-enters-solarterawatt-age.

23. Liu, Y., Lu, X., Lai, F., Liu, T., Shearing, P.R., Parkin, I.P., He, G., & Brett, D.J.L. Rechargeable aqueous Zn-based energy storage devices. Joule, 5, 2845–2903 (2021). https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.10.011.

24. Murali, A.P., Duraisamy, S., Samuthiram, S., et al. Current and emerging methods for manufacturing of closed pore metal foams and its characteristics: A review. Journal of Materials Science, 60, 1187–1227 (2025). https://doi.org/10.1007/s10853-024-10318-y.

25. Mahto, R.P., Bhadauria, A., Bandhu, D., et al. A study on porosity and mechanical properties of the open aluminum metal foam through spark plasma sintering SDP technique. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 136, 4407–4417 (2025). https://doi.org/10.1007/s00170-025-15077-x.

26. Sun, S., Zhang, Z., Yan, L., et al. A novel superimposed porous copper/carbon film derived from polymer matrix as catalyst support for metal–air battery. Journal of Porous Materials, 29, 249–255 (2022). https://doi.org/10.1007/s10934-021-01163-4.

27. Jiao, X., Liu, Y., Cai, X., et al. Progress of porous Al-containing intermetallics fabricated by combustion synthesis reactions: A review. Journal of Materials Science, 56, 11605–11630 (2021). https://doi.org/10.1007/s10853-021-06035-5.