Badacze z Technische Universität München (TUM) opracowali innowacyjne podejście do konstrukcji baterii cynkowych, które zwiększa ich efektywność i trwałość. Nowa technologia może przyczynić się do rozwoju zrównoważonych źródeł energii i redukcji kosztów, czyniąc akumulatory cynkowe bardziej konkurencyjnymi w porównaniu z tradycyjnymi ogniwami litowo-jonowymi.
Akumulatory cynkowe z niezwykle ważnym ulepszeniem
Kluczem do tej innowacji jest specjalna warstwa ochronna dla anod cynkowych baterii. Ta warstwa rozwiązuje poprzednie problemy, takie jak wzrost igłowatych wypustek cynkowych – znanych jako dendryty – a także niepożądane reakcje uboczne, które wyzwalają powstawanie wodoru i korozję.
Czytaj też:Nawet 1000 km na jednym ładowaniu! Ten akumulator CATL może zapoczątkować rewolucję
Zespół badawczy pod przewodnictwem prof. Rolanda A. Fischera wykorzystał w tym celu unikalny materiał: porowaty polimer organiczny o nazwie TpBD-2F. Materiał ten tworzy stabilną, ultracienką i wysoce uporządkowaną warstwę na anodzie cynkowej, umożliwiając jonom cynku wydajny przepływ przez nanokanaliki, jednocześnie utrzymując wodę z dala od anody.
Da Lei, doktorant i główny autor badań opublikowanych w Advanced Energy Materials, wyjaśnia:
Baterie cynkowo-jonowe z tą nową warstwą ochronną mogłyby zastąpić ogniwa litowo-jonowe w zastosowaniach magazynowania energii na dużą skalę, takich jak w połączeniu z elektrowniami słonecznymi lub wiatrowymi. Są trwalsze, bezpieczniejsze, a cynk jest tańszy i łatwiej dostępny niż lit.
Podczas gdy lit pozostaje pierwszym wyborem w zastosowaniach mobilnych, takich jak pojazdy elektryczne i urządzenia przenośne, jego wyższe koszty i wpływ na środowisko sprawiają, że jest mniej atrakcyjny w przypadku magazynowania energii na dużą skalę. Naukowcy pracują nad skuteczną, niedrogą, a jednocześnie skalowalną alternatywą dla litu w akumulatorach, a cynk może potencjalnie spełnić tę rolę.
Akumulatory cynkowo-jonowe (ZIB) działają w oparciu o ten sam mechanizm, co akumulatory litowo-jonowe. Metal działa jako anoda, podczas gdy materiał interkalujący cynk służy jako katoda. Akumulator ma wysoką gęstość energii i nie jest podatny na pożary, tak jak jego odpowiednik litowo-jonowy.
Obfitość cynku w naturze sprawia, że ZIB są opłacalne i zrównoważone, a ich szybkie ładowanie i rozładowywanie sprawia, że idealnie nadają się również do zastosowań komercyjnych. Akumulatory cynkowe mają dłuższą żywotność niż akumulatory litowo-jonowe. Jednak problemy z dendrytami cynkowymi i niepożądanymi reakcjami ubocznymi zatrzymały ich szerokie przyjęcie. Teraz może się to zmienić.
Prof. Roland A. Fischer dodaje:
To naprawdę spektakularny wynik. Wykazaliśmy, że nasze podejście chemiczne opracowane nie tylko działa, ale jest również kontrolowalne. Jako badacze fundamentalni jesteśmy przede wszystkim zainteresowani nowymi zasadami naukowymi – i tutaj odkryliśmy jedną z nich. Opracowaliśmy już pierwszy prototyp w formie ogniwa guzikowego. Nie widzę powodu, dla którego nasze odkrycia nie mogłyby zostać przeniesione na większe zastosowania. Teraz inżynierowie muszą podjąć się tego pomysłu i opracować odpowiednie procesy produkcyjne.