Bezpieczniejsze i tańsze. Ogniwa cynkowo-jodowe mogą zrewolucjonizować rynek energetyczny

Australijscy badacze opracowali prototyp baterii cynkowo-jodowej. Nowe ogniwa ładują się w 3 minuty i wytrzymują ponad 60 tysięcy cykli bez znacznej degradacji.

Zespół badawczy z australijskiego Flinders University opracował prototyp wodnej baterii cynkowo-jodowej, która może stanowić realną konkurencję dla popularnych ogniw litowo-jonowych. Technologia ta eliminuje największą przeszkodę w rozwoju tego typu zasilania, czyli bardzo krótką żywotność.

Wyniki badań opublikowane na łamach czasopisma naukowego Angewandte Chemie wskazują, że nowe akumulatory potrafią znieść ponad 60 tysięcy cykli rozładowywania i ładowania, a uzupełnienie energii zajmuje zaledwie trzy minuty.

Klatkowa struktura polimeru

Wcześniejsze generacje wodnych baterii cynkowo-jodowych mierzyły się z tak zwanym efektem wahadłowym. Związki polijodu przedostawały się przez separator ogniwa, co prowadziło do systematycznego i szybkiego spadku wydajności całej jednostki. Naukowcy rozwiązali ten problem, stosując cyklodekstrynę – tani polimer pozyskiwany ze skrobi, wykorzystywany często w przemyśle spożywczym i kosmetycznym. Uformowana z niego klatkowa struktura posiada hydrofilową warstwę zewnętrzną i hydrofobowe wnętrze. Pozwala to na skuteczne chwytanie oraz uwalnianie problematycznych polijodków, izolując je od reszty układu.

fot. Unsplash / Roberto Sorin

Zależnie od przyjętych parametrów pracy, opracowane ogniwa funkcjonują pod napięciem od 1,3 do 1,4 wolta. Wersja ładująca się w siedem minut zapewnia pojemność 200 mAh/g przy przewidywanej żywotności 8 tysięcy cykli. Wariant zoptymalizowany pod kątem trwałości oferuje 150 mAh/g przez zapowiadane 60 tysięcy cykli przy zaledwie trzyminutowym ładowaniu. Wskaźnik degradacji utrzymuje się w tym przypadku na wyjątkowo niskim poziomie, wynoszącym od 0,0001% do 0,0003% na jeden cykl.

Przewagi rynkowe i wyzwania wdrożeniowe

Baterie bazujące na cynku są relatywnie tanie w produkcji i bezpieczniejsze w użytkowaniu, ponieważ całkowicie eliminują ryzyko pożaru charakterystyczne dla chemii litowej. Nowy prototyp dorównuje rozwiązaniom litowo-jonowym pod względem gęstości oraz energii właściwej. Zastosowanie innej chemii to także szansa na ograniczenie przyrostu ilości elektrośmieci.

Wykorzystanie nowej technologii pozwoliłoby mocno uniezależnić łańcuchy dostaw od chińskiego monopolu na rynku litowym. Rozwiązanie z Flinders University pozostaje jednak na etapie prototypu, a zespół szuka obecnie partnerów przemysłowych. Finalny sukces komercyjny będzie w pełni zależał od nakładów na nową infrastrukturę produkcyjną oraz adopcji standardu przez rynek konsumencki.

Źródło: Interesting Engineering