Потреба за системима за складиштење енергије наставља да расте у Европи. Посвећеност обновљивим изворима енергије, посебно соларној и енергији ветра, захтева да се ова електрична енергија може складиштити када се произведе и ослобађати када је потребна. У том контексту, тим са Универзитета Флиндерс у Аустралији представио је цинк-јодну батерију која обећава да ће променити правила игре: издржава више од 60.000 циклуса пуњења и пражњења уз минималан губитак перформанси.
Технологија је још увек у раној фази развоја, али њене бројке перформанси представљају огроман корак напред у поређењу са литијум-јонским батеријама које тренутно доминирају на тржишту. Истраживачи описују систем који комбинује цинк, јод и полимер добијен из циклодекстрина. Главна предност је што користи електролит на бази воде , уместо запаљивих органских течности које се користе у конвенционалним батеријама, што значајно смањује ризик од пожара.
Најдуже трајање батерије и најбрже пуњење за неколико минута
Најупечатљивији подаци односе се на издржљивост. У лабораторијским тестовима, прототипови су успешно завршили преко 60.000 пуних циклуса без значајног смањења капацитета. Према мерењима, губитак по циклусу креће се од 0,0001% до 0,0003%, што омогућава век трајања који би могао да траје деценијама у фиксној инсталацији.
Брзина пуњења је такође импресивна. У једној од тестираних конфигурација, батерија се може потпуно напунити за око три минута када је подешена на рад од око 150 mAh/g. Ако је потребан већи капацитет, систем испоручује 200 mAh/g и пуни се за око седам минута, достижући 8.000 циклуса. Радни напон је између 1,3 и 1,4 волта, што су одговарајуће вредности за стационарне системе.
Ове вредности су постигнуте у малим експерименталним ћелијама, а не у комерцијалним батеријама, али показују да изабрана хемија нуди комбинацију снаге и издржљивости која се раније чинила недостижном. Способност тако брзог пуњења и издржавања толиког броја циклуса чини ову технологију веома атрактивном опцијом за инсталације које захтевају сталну ротацију, као што су соларне електране или системи за резервно напајање мреже.
Кључ: молекуларни кавез за јод
Највећи изазов код ових батерија је одржавање стабилних нивоа јода током употребе. У претходним системима, једињења јода су се растварала у електролиту и мигрирала ка аноди, узрокујући самопражњење и деградацију. Овај ефекат, назван „полијодидно замењивање“, био је главна препрека за постизање дугог века трајања батерије.
Истраживачи су решили проблем користећи циклодекстринску структуру , олигосахариде екстраховане из скроба који се већ користе у прехрамбеној индустрији. Ови молекули имају унутрашњу шупљину која заробљава јодне супстанце и спречава њихово кретање, али без блокирања електрохемијских реакција. Ово осигурава да активни материјал остане на катоди и да батерија има дуг век трајања.
Поред техничких побољшања, систем даје предност обилним и јефтиним материјалима , као што су цинк и јод, у односу на оскудније минерале. Доступност ових материјала у Европи и земљама попут Аустралије, једног од највећих светских произвођача цинка, може поједноставити ланац снабдевања и смањити зависност од спољних региона.
Примарна примена ове батерије неће бити мобилни телефони или рачунари. Програмери циљају на складиштење енергије великих размера: соларне електране, индустријске објекте или резервно копирање мреже. У овим применама, тежина је мање критична, а вредност лежи у могућности да се носи са више оптерећења уз мала улагања. Тим већ сарађује са комерцијалним партнерима на покретању индустријске платформе за израду прототипова.
Још увек је дуг пут пре него што се ово материјализује у комерцијалне производе. Његове перформансе у већим ћелијама треба потврдити, ефикасност детаљније анализирати, а стабилност проверити у реалним условима. Али ова студија показује да је могуће прекинути владавину литијума и отворити пут безбеднијим, дуготрајнијим и еколошки прихватљивијим хемијским процесима. Ово достигнуће има потенцијал да трансформише начин на који се обновљива енергија интегрише у нашу мрежу.