Нуждата от системи за съхранение на енергия продължава да нараства в Европа. Ангажиментът към възобновяемите енергийни източници, особено слънчевата и вятърната енергия, изисква тази електроенергия да може да се съхранява, когато се произвежда, и да се освобождава, когато е необходима. В този контекст екип от университета Флиндърс в Австралия представи цинково-йодна батерия, която обещава да промени играта: тя издържа на повече от 60 000 цикъла на зареждане и разреждане с минимална загуба на производителност.
Технологията е все още в ранен етап на развитие, но нейните показатели за производителност представляват огромен скок напред в сравнение с литиево-йонните батерии, които в момента доминират на пазара. Изследователите описват система, която комбинира цинк, йод и полимер, получен от циклодекстрин. Основното предимство е, че използва електролит на водна основа , вместо запалимите органични течности, използвани в конвенционалните батерии, което значително намалява риска от пожар.
Най-дълъг живот на батерията и най-бързо зареждане за минути
Най-впечатляващите данни са свързани с издръжливостта. В лабораторни тестове прототипите успешно са завършили над 60 000 пълни цикъла без значително влошаване на капацитета. Според измерванията, загубата на цикъл варира от 0,0001% до 0,0003%, което позволява живот, който може да продължи десетилетия във фиксирана инсталация.
Скоростта на зареждане също е впечатляваща. В една от тестваните конфигурации батерията може да се зареди напълно за около три минути, когато е настроена да работи с капацитет от около 150 mAh/g. Ако е желан по-висок капацитет, системата осигурява 200 mAh/g и се зарежда за около седем минути, достигайки 8.000 цикъла. Работното напрежение е между 1,3 и 1,4 волта, подходящи стойности за стационарни системи.
Тези стойности са постигнати в малки експериментални клетки, а не в търговски батерии, но те показват, че избраната химия предлага комбинация от здравина и издръжливост, която преди е изглеждала недостижима. Способността за толкова бързо зареждане и издържане на толкова много цикли прави тази технология много привлекателна опция за инсталации, които изискват постоянно въртене, като например слънчеви електроцентрали или системи за резервно захранване на мрежата.
Ключът: молекулярна клетка за йод
Най-голямото предизвикателство при тези батерии е поддържането на стабилни нива на йод по време на употреба. В предишни системи йодните съединения се разтваряха в електролита и мигрираха към анода, причинявайки саморазреждане и разграждане. Този ефект, наречен „полийодидно изместване“, беше основната пречка за постигане на дълъг живот на батерията.
Изследователите са решили проблема, използвайки циклодекстринова структура , олигозахариди, извлечени от нишесте и вече използвани в хранително-вкусовата промишленост. Тези молекули имат вътрешна кухина, която улавя йодните вещества и предотвратява движението им, но без да блокира електрохимичните реакции. Това гарантира, че активният материал остава на катода и че батерията има дълъг живот.
В допълнение към техническите подобрения, системата дава приоритет на изобилните и евтини материали , като цинк и йод, пред по-оскъдните минерали. Наличието на тези материали в Европа и в страни като Австралия, един от най-големите производители на цинк в света, може да рационализира веригата на доставки и да намали зависимостта от външни региони.
Основното приложение на тази батерия няма да бъдат мобилните телефони или компютрите. Разработчиците са се насочили към мащабно съхранение на енергия: слънчеви електроцентрали, промишлени съоръжения или резервно захранване на мрежата. В тези приложения теглото е по-малко критично, а стойността се състои в способността за справяне с множество товари с ниска инвестиция. Екипът вече работи с търговски партньори за стартиране на платформа за индустриално прототипиране.
Все още има дълъг път, преди това да се материализира в търговски продукти. Неговата производителност в по-големи клетки трябва да бъде потвърдена, ефективността му да бъде анализирана по-задълбочено, а стабилността му да бъде проверена в реални условия. Но това проучване показва, че е възможно да се прекъсне господството на лития и да се проправи път за по-безопасни, по-дълготрайни и по-екологични химични съединения. Това постижение има потенциала да трансформира начина, по който възобновяемата енергия се интегрира в нашата електропреносна мрежа.