Прорыв в области цинк-йодных батарей: более 60 000 циклов заряда, полная зарядка за 3 минуты

Исследователи из Университета Флиндерса (Австралия), по-видимому, преодолели одно из самых серьёзных препятствий, с которым сталкиваются водные цинк-йодные батареи: их короткий срок службы. Опубликовав свои результаты в журнале «Angewandte Chemie», исследовательская группа, по имеющимся данным, разработала батарею, способную выдержать более 60 000 циклов заряда-разряда при полной зарядке всего за три минуты. В зависимости от режима работы элементы работают при напряжении от 1,3 до 1,4 вольта и обеспечивают либо 200 мА·ч/г в течение 8 000 циклов при зарядке за семь минут, либо сниженную емкость 150 мА·ч/г в течение гораздо более длительного срока — 60 000 циклов. Сообщается, что скорость деградации составляет всего от 0,0001 % до 0,0003 % за цикл.

Ранее водные цинк-йодные батареи страдали от «эффекта челнока», при котором полийодные соединения улетучиваются через сепаратор батареи и неуклонно снижают её рабочие характеристики. Для решения этой проблемы исследователи создали структуру в виде клетки из циклодекстрина — недорогого полимера, получаемого из крахмала, широко используемого в пищевой промышленности и косметике, — внешний слой которого притягивает воду, а внутренний — отталкивает, что позволяет удерживать и высвобождать проблемные полийодиды по мере необходимости.

Помимо технического решения, батареи на основе цинка представляют собой гораздо более безопасную, доступную и широко распространенную альтернативу литий-ионной технологии. Они в значительной степени устраняют риск возгорания, связанный с литиевыми химическими соединениями, при этом по удельной энергии и энергетической плотности не уступают литий-ионным батареям, а по некоторым показателям даже превосходят их.

Кроме того, на долю Австралии приходится 20–28 % известных мировых запасов цинка, что открывает возможность потенциально противостоять монополии Китая на цепочки поставок литий-ионных батарей и решить проблему экологических отходов. Ежегодно в Австралии образуется около 3 300 тонн отходов литиевых аккумуляторов, и ожидается, что к 2036 году этот показатель вырастет до более чем 136 000 тонн.

На данный момент технология находится на стадии создания прототипов, а не коммерческого внедрения. Лаборатория Флиндерса сообщает, что сотрудничает с представителями промышленности в целях создания платформы для разработки прототипов. Однако то, приведёт ли это к формированию полноценной отечественной отрасли, зависит от факторов, выходящих далеко за рамки химии аккумуляторов, включая инвестиции в производство и рыночное внедрение, ни один из которых не рассматривается в рамках данного исследования.