Цинково-йодные батареи против Li-ion: зарядка за 3 минуты и 60 000 циклов службы

Команда исследователей из Университета Флиндерса создала высокоэффективную, безопасную и экологичную водно-цинково-йодную батарею. Цель — заменить литий-ионные аккумуляторы там, где необходимо масштабное хранение энергии.

Ведущий автор исследования, химик Чжунфань Цзя, объясняет: перезаряжаемые водные цинково-йодные батареи становятся перспективной альтернативой Li-ion для крупномасштабного хранения энергии, а группа работает над созданием платформы для прототипирования этой аккумуляторной системы.

Литий-ионные аккумуляторы по-прежнему доминируют в электромобилях и портативной технике, однако имеют существенные слабые стороны: высокая цена, склонность к возгоранию и значительный объём электронных отходов, наносящих вред окружающей среде.

Цинково-йодные батареи отличаются водорастворимым способом утилизации. Однако их давняя проблема — просачивание полийодсодержащих соединений через сепаратор, что постепенно ухудшает характеристики. Исследователи решили её с помощью материала на основе недорогого биоразлагаемого полимера из циклодекстрина, получаемого из крахмала. Этот материал способен улавливать и высвобождать полигалогениды.

Молекулы циклодекстрина давно известны в косметике и пищевой промышленности. Из них исследователи сконструировали микроскопическую клетку: гидрофильная внешняя поверхность и гидрофобная внутренняя часть улавливают полигалогениды и высвобождают их по мере необходимости, полностью устраняя утечки.

Как объясняет Чжунфань Цзя, система предлагает новый подход к снижению переноса полийодида за счёт использования полимеров, полученных из недорогих биоразлагаемых олигосахаридов. Это позволяет создавать устойчивые и долговечные водные цинково-йодные батареи.

Технические показатели впечатляют. При напряжении от 1,3 до 1,4 В батарея обеспечивает ёмкость 200 мА·ч на протяжении 8 000 циклов при полной зарядке за 7 минут. Если снизить целевую ёмкость до 150 мА·ч, доступна быстрая зарядка за 3 минуты и срок службы более 60 000 циклов. Деградация — почти незаметная: от 0,0001% до 0,0003% за цикл.

Аккумуляторы на основе цинка позиционируются как значительно более безопасная и экономичная альтернатива Li-ion без компромиссов в производительности. Они исключают риск возгорания и не уступают или даже превосходят Li-ion по удельной энергии и плотности энергии.

Низкая стоимость и доступность сырья могут сделать цинково-йодные батареи ключевым мировым стандартом хранения энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Angewandte Chemie. Источник: Interesting Engineering.