Исследователи Университетского колледжа Лондона разработали водную цинк-йодную батарею, способную сохранять почти первоначальную емкость после тысяч циклов зарядки и разрядки. Новая технология может найти применение в крупных системах хранения электроэнергии, в том числе на солнечных и ветровых электростанциях. Подробнее – на El.kz.
Почему ученые обратились к цинку и йоду
Литий-ионные аккумуляторы широко применяются в электронике, электромобилях и энергетических системах. Однако их использование в крупных хранилищах энергии связано с вопросами стоимости сырья, пожарной безопасности и продолжительности эксплуатации. Поэтому исследователи продолжают рассматривать и альтернативные электрохимические системы.
Одним из перспективных направлений стали цинк-йодные батареи с водным электролитом. Цинк выступает в роли материала отрицательного электрода, а йод участвует в накоплении энергии на положительном. Такая химическая система позволяет отказаться от лития и использовать негорючий водный электролит.
Как удалось повысить эффективность батареи
Главное достижение команды UCL связано с изменением состава электролита. В традиционной цинк-йодной химии при электрохимических реакциях задействованы два электрона. Новая разработка позволяет использовать четыре электрона, благодаря чему увеличивается количество энергии, извлекаемой из одного и того же количества йода.
Однако расширение электрохимической реакции сопровождается образованием активных форм йода. Они способны взаимодействовать с водой, вызывая побочные реакции и постепенно разрушая рабочие компоненты аккумулятора. Эта проблема долгое время ограничивала возможности подобных батарей.
Исследователи подобрали состав электролита, в котором разные молекулы выполняют определенные функции. Одни ограничивают контакт воды с йодом, другие связывают его химически активные формы. Такая комбинация помогает стабилизировать реакции и поддерживать работоспособность аккумулятора в процессе многократной зарядки.
Тысячи циклов без существенной потери емкости
Новую электрохимическую систему испытали на нескольких форматах аккумуляторов. Исследователи использовали плоские пакетные элементы и небольшие батареи таблеточного типа. Испытания показали, что разработанная химия подходит для создания элементов разных конструкций.
В отдельных тестах цинк-йодные аккумуляторы сохранили почти всю первоначальную емкость после нескольких тысяч циклов зарядки и разрядки. Для стационарных систем хранения электроэнергии такой показатель имеет особое значение, поскольку батареи должны выдерживать длительную эксплуатацию с регулярными циклами накопления и отдачи энергии.
Где может пригодиться новая технология
Одной из основных сфер применения могут стать энергетические комплексы, работающие с возобновляемыми источниками электричества. Солнечные и ветровые электростанции зависят от погодных условий и времени суток, поэтому им требуются накопители, способные сохранять произведенную энергию и возвращать ее в сеть при снижении генерации.
Цинк-йодная технология также представляет интерес благодаря водному электролиту, который снижает риски возгорания по сравнению с традиционными органическими электролитами литий-ионных аккумуляторов. Кроме того, разработанный исследователями химический подход потенциально можно использовать при создании алюминий-йодных батарей.
Пока технология находится на лабораторной стадии. Ученым предстоит проверить ее масштабируемость, оценить характеристики крупных аккумуляторных модулей и изучить поведение элементов при продолжительной эксплуатации в условиях реальных энергетических объектов.
Также El.kz писал о том, что NASA разрабатывает батареи для Луны – они выдержат мороз до −170 °C.
