Дослідники з Університету Фліндерса розробили високоефективну, безпечну та екологічно чисту батарею, що перезаряджається, на водній основі з цинк-йодним акумулятором (AZIB) як альтернативу літій-іонним батареям (LIB) для великомасштабного зберігання енергії.
Результати дослідження були опубліковані у журналі Angewandte Chemie.
Цікаво, що вона витримує 60 000 циклів зарядки-розрядки та заряджається за три хвилини.
"Акумулятори, що перезаряджаються, на водній основі з цинк-йодним акумулятором стають життєздатною альтернативою літій-іонним батареям для великомасштабного зберігання енергії, і наша група зараз працює з промисловістю над створенням платформи для прототипування цієї акумуляторної системи", — сказав Чжунфань Цзя, доцент кафедри хімії, стипендіат Метью Фліндерса в Коледжі науки та інженерії Університету Фліндерса.
Виправлення ефекту човника
Літій-іонні батареї домінують в електромобілях та портативних пристроях, але мають серйозні недоліки. Ці батареї дорогі, схильні до ризику займання і виробляють величезну кількість відходів. Тільки в Австралії щорічно утворюється близько 3300 тонн відходів літієвих батарей, і за прогнозами, до 2036 року ця цифра перевищить 136 000 тонн.
Альтернативи на основі цинку та йоду пропонували незаймистий спосіб видалення відходів на водній основі. Але вони стикалися з «ефектом перенесення», коли полійодовмісні з'єднання просочуються через сепаратор батареї й з часом погіршують її характеристики. Саме тут крохмаль змінює правила гри.
Команда розв'язала цю проблему, створивши матеріал-носій на основі недорогого біорозкладного полімеру на основі циклодекстрину (отриманого з крохмалю), який уловлює та вивільняє полігалогеніди.
Молекули циклодекстрину широко використовуються в косметиці та харчовій промисловості. Команда Університету Фліндерса розробила мікроскопічну клітину. Її гідрофільна зовнішня поверхня та гідрофобна внутрішня частина вловлюють і вивільняють полігалогеніди в міру потреби, повністю запобігаючи витоку.
"Ця система пропонує новий підхід до зниження перенесення полійодидів шляхом використання полімерів, отриманих з недорогих біорозкладних олігосахаридів, що дозволяє створювати стійкі та довговічні водні цинк-йодні батареї", - сказав доцент Чжунфань Цзя, провідний дослідник проєкту.
Характеристики продуктивності виглядають як перелік побажань для великомасштабних систем зберігання енергії. Працюючи при напрузі від 1,3 до 1,4 вольта, акумулятор забезпечує ємність 200 мА·год/г протягом 8000 циклів при повній зарядці за сім хвилин. Якщо трохи знизити цільову ємність до 150 мА·год/г, то надшвидка трихвилинна зарядка забезпечить понад 60 000 циклів.
Згідно з дослідженням, батарея деградує майже непомітною швидкістю від 0,0001% до 0,0003% за цикл, що пояснює досягнення понад 60 000 циклів.
Перевага Австралії в галузі цинку
Акумулятори на основі цинку пропонують набагато більш безпечну, економічно ефективну та доступну альтернативу літій-іонним системам без шкоди для продуктивності. Ці батареї виключають ризик займання, при цьому за питомою енергією та щільністю енергії вони не поступаються або навіть перевищують літій-іонні батареї. Низька вартість та велика кількість сировини зробили їх домінівним світовим стандартом для одноразового зберігання енергії.
В цей час перероблення літію значною мірою зосереджене в Китаї, що робить країну вразливою до перебоїв у постачанні.
Це відкриття має серйозні економічні наслідки для Австралії. У той час як країна зазнає труднощів з переробленням літію, вона має великі відомі запаси цинку.
Водневі цинк-іодні батареї (AZIB) зазвичай використовують металевий цинк як анод, що дає Австралії значну стратегічну перевагу у переході до систем зберігання енергії наступного покоління. Країна має від 20 до 28 відсотків світових відомих запасів цинку.
Головний співавтор Шансю Цзян зазначає, що використання цих величезних внутрішніх ресурсів може стати основою безпечнішої та суверенної галузі зберігання енергії.
Лабораторія Фліндерса зараз працює безпосередньо з галузевими партнерами над створенням комерційної платформи для прототипування. Таким чином, видається, що наступний етап переходу до екологічно чистої енергетики може бути обумовлений не дефіцитними, легкозаймистими металами, а цинком і звичайним рослинним цукром.
