60 000 циклов заряда/разряда и зарядка всего за 3 минуты: из цинка и производного крахмала создали «вечную» батарею
Исследователи Университета Флиндерса в Австралии разработали водный цинк-йодный аккумулятор, способный выдерживать более 60 000 циклов зарядки-разрядки и заряжаться примерно за три минуты. Технология рассматривается как потенциально более безопасная и дешевая альтернатива литий-ионным батареям для стационарных систем хранения энергии.
Деградация — всего 0,0001-0,0003% за цикл
Изображение сгенерировано ChatGPT // Источник изображения: ChatGPT
Одним из ключевых преимуществ водных цинк-йодных аккумуляторов является негорючий электролит на водной основе. Кроме того, цинк широко распространен и относительно доступен. Однако у подобных батарей существует серьезная проблема — так называемый «шаттл-эффект»: соединения йода способны перемещаться через сепаратор между электродами, вызывая постепенную потерю активного материала и ухудшая характеристики аккумулятора.
Австралийские ученые предложили бороться с этим с помощью недорогого биоразлагаемого полимера на основе циклодекстрина, который, в свою очередь, получают из крахмала. Молекулы циклодекстрина имеют гидрофильную внешнюю поверхность и гидрофобную внутреннюю полость. Такая структура формирует своеобразные молекулярные «ловушки», способные удерживать полигалогениды и контролируемо высвобождать их, существенно ограничивая нежелательное перемещение внутри аккумулятора.
В ходе испытаний батарея продемонстрировала емкость около 200 мА·ч/г и выдержала более 8000 циклов при зарядке примерно за семь минут. При снижении рабочей емкости до 150 мА·ч/г время зарядки удалось сократить до трех минут, а ресурс превысил 60 000 циклов.
Скорость деградации, по данным исследования, составляла всего около 0,0001–0,0003% за цикл. Рабочее напряжение экспериментальных элементов находилось в диапазоне 1,3–1,4 В.
Разработчики ориентируют технологию прежде всего на крупные стационарные накопители для энергосетей, а не на смартфоны или электромобили. В таких системах критически важны длительный срок службы, безопасность, стоимость материалов и способность быстро принимать и отдавать большие объемы энергии.
Технология особенно интересна для Австралии, располагающей примерно 20–28% известных мировых запасов цинка. Использование местного сырья потенциально позволит снизить зависимость от цепочек поставок материалов для литий-ионных аккумуляторов и развивать собственное производство систем хранения энергии.
Команда Университета Флиндерса уже сотрудничает с промышленными партнерами над созданием платформы для прототипирования таких батарей. До коммерческого производства технологии еще предстоит пройти масштабирование и испытания в полноразмерных элементах и накопителях.