Цинково-йодні батареї проти Li-ion: зарядка за 3 хвилини та 60 000 циклів служби

Команда дослідників з Університету Фліндерса створила високоефективну, безпечну й екологічну водно-цинково-йодну батарею. Мета — замінити літій-іонні акумулятори там, де потрібне масштабне зберігання енергії.

Провідний автор дослідження, хімік Чжунфань Цзя, пояснює: перезаряджувані водні цинково-йодні батареї стають перспективною альтернативою Li-ion для великомасштабного зберігання енергії, а група працює над створенням платформи для прототипування цієї акумуляторної системи.

Літій-іонні акумулятори досі домінують в електрокарах і портативній техніці, але мають суттєві слабкі місця: висока ціна, схильність до займання й значний обсяг електронних відходів, що завдають шкоди довкіллю.

Цинково-йодні батареї вирізняються водорозчинним способом утилізації. Проте їх давня проблема — просочування полійодовмісних сполук через сепаратор, що поступово погіршує характеристики. Дослідники вирішили її за допомогою матеріалу на основі недорогого біорозкладаного полімеру з циклодекстрину, який отримують з крохмалю. Цей матеріал здатний вловлювати та вивільняти полігалогениди.

Молекули циклодекстрину давно відомі в косметиці й харчовій промисловості. Із них дослідники сконструювали мікроскопічну клітину: гідрофільна зовнішня поверхня та гідрофобна внутрішня частина вловлюють полігалогениди й вивільняють їх за потреби, повністю усуваючи витоки.

Як пояснює Чжунфань Цзя, система пропонує новий підхід до зниження перенесення полійодиду внаслідок використання полімерів, отриманих з недорогих біорозкладаних олігосахаридів. Це дозволяє створювати стійкі й довговічні водні цинково-йодні батареї.

Технічні показники вражають. За напруги від 1,3 до 1,4 В батарея забезпечує місткість 200 мА·год протягом 8 000 циклів при повному заряджанні за 7 хвилин. Якщо знизити цільову місткість до 150 мА·год, доступне швидке заряджання за 3 хвилини й термін служби понад 60 000 циклів. Деградація — майже непомітна: від 0,0001% до 0,0003% за цикл.

Акумулятори на основі цинку виступають як значно безпечніша та економніша альтернатива Li-ion без компромісів у продуктивності. Вони виключають ризик займання й не поступаються або навіть перевершують Li-ion за питомою енергією та щільністю енергії.

Низька вартість і доступність сировини можуть зробити цинково-йодні батареї ключовим світовим стандартом зберігання енергії. Результати дослідження опубліковано у журналі Angewandte Chemie. Джерело: Interesting Engineering.