Ученые улучшили цинк-йодные батареи сухими электродами
Сухие электроды, защитная пленка и никакого лития: ученые переосмыслили батареи для энергосетей.
Исследователи из Университета Аделаиды придумали новый тип сухого электрода для водных батарей, который вдвое эффективнее обычных йодных и литий-ионных аналогов.
Результаты опубликованы в издании Joule.
Мы нашли способ создавать электроды для цинк-йодных батарей без традиционного «мокрого» смешивания йода, — объясняет профессор Шичжан Цяо, руководитель исследования. — Вместо этого мы просто смешиваем сухие порошки активных материалов и прессуем их в плотные самодостаточные пластины. А еще добавили в электролит простое вещество — 1,3,5-триоксан. Оно образует защитную пленку на цинковом аноде во время зарядки и не дает появляться дендритам — острым иглам, которые прокалывают батарею и выводят ее из строя.
Дендриты — это микроскопические «ветки» металла (например, цинка), которые растут на электроде во время зарядки. Как сосульки, они прокалывают разделительный слой, замыкают батарею и убивают ее емкость.
Цинк-йодные батареи безопаснее, дешевле и экологичнее литий-ионных, но до сих пор уступали им в емкости.
Новый метод решил эту проблему:
- Рекордная плотность энергии — 100 мг активного вещества на см² (обычные электроды дают в 2–3 раза меньше).
- Долгий срок службы — после 750 циклов батарея сохраняет 88,6% емкости, а тестовые образцы — почти 99,8% после 500 циклов.
- Защита от дендритов — инфракрасная спектроскопия подтвердила, как триоксан создает стабильный барьер на цинке.
| Параметр | Новые цинк-йодные батареи | Обычные литий-ионные |
|---|---|---|
| Плотность энергии | 45 Вт·ч/кг | 90–250 Вт·ч/кг |
| Срок службы, циклы | 750 — 88,6% емкости | 500–1000 — 80–90% |
| Безопасность | Не горят | Риск возгорания |
| Сырье | Цинк, йод | Литий, кобальт |
Это открытие приближает водные батареи к реальному применению в энергосетях. Сейчас их производство можно масштабировать, а если заменить тяжелые токосъемники и уменьшить объем электролита, плотность энергии вырастет до 90 Вт·ч/кг. В планах — испытать ту же технологию с бромом.
Главный плюс работы — снижение стоимости хранения энергии. Литий дорог и пожароопасен, а цинк и йод доступны и безопасны. Если технологию внедрят, это ускорит переход на возобновляемую энергетику: солнечные и ветряные станции смогут запасать излишки без риска возгорания. Еще один плюс — долговечность. 500–750 циклов с минимальной деградацией — это уже конкуренция для Li-ion.
Пока что плотность энергии (45 Вт·ч/кг) вдвое ниже, чем у литий-ионных аналогов (90–250 Вт·ч/кг). Для электромобилей такие батареи не подойдут, но для стационарных хранилищ — отличный вариант. Вопрос в скорости зарядки: в статье ее не упоминают, а для сетевых решений это критично.
Ранее ученые разработали новые стабильные батареи на основе цинка.
