Behovet for energilagringssystemer fortsetter å vokse i Europa. Satsingen på fornybar energi, spesielt sol- og vindkraft, krever at denne elektrisiteten kan lagres når den produseres og frigjøres når det trengs. I denne sammenhengen har et team fra Flinders University i Australia presentert et sink-jod-batteri som lover å bli banebrytende: det tåler mer enn 60 000 lade- og utladingssykluser med minimalt ytelsestap.
Teknologien er fortsatt i en tidlig fase, men ytelsestallene representerer et stort sprang fremover sammenlignet med litiumionbatteriene som for tiden dominerer markedet. Forskere beskriver et system som kombinerer sink, jod og en polymer utvunnet fra cyklodekstrin. Den største fordelen er at den bruker en vannbasert elektrolytt , i stedet for de brennbare organiske væskene som brukes i konvensjonelle batterier, noe som reduserer brannfaren betraktelig.
Lengste batterilevetid og raskeste lading på minutter
De mest slående dataene gjelder holdbarhet. I laboratorietester har prototypene fullført over 60 000 fulle sykluser uten betydelig kapasitetsforringelse. I følge målinger varierer tapet per syklus fra 0,0001 % til 0,0003 %, noe som gir en levetid som kan vare i flere tiår i en fast installasjon.
Ladehastigheten er også imponerende. I en av de testede konfigurasjonene kan batteriet lades helt opp på omtrent tre minutter når det er satt til å operere på rundt 150 mAh/g. Hvis høyere kapasitet er ønsket, leverer systemet 200 mAh/g og lades opp på omtrent syv minutter, og når 8.000 sykluser. Driftsspenningen er mellom 1,3 og 1,4 volt, passende verdier for stasjonære systemer.
Disse verdiene ble oppnådd i små eksperimentelle celler, ikke i kommersielle batterier, men de viser at den valgte kjemien tilbyr en kombinasjon av styrke og utholdenhet som tidligere virket uoppnåelig. Evnen til å lade så raskt og tåle så mange sykluser gjør denne teknologien til et svært attraktivt alternativ for installasjoner som krever konstant rotasjon, for eksempel solkraftverk eller nettbaserte backup-systemer.
Nøkkelen: et molekylært bur for jod
Den største utfordringen med disse batteriene er å opprettholde stabile jodnivåer under bruk. I tidligere systemer ble jodforbindelser oppløst i elektrolytten og migrert til anoden, noe som forårsaket selvutlading og nedbrytning. Denne effekten, kalt «polyiodidforskyvning», var den viktigste barrieren for å oppnå lang batterilevetid.
Forskerne har løst problemet ved hjelp av en cyklodekstrinstruktur , oligosakkarider utvunnet fra stivelse og allerede brukt i næringsmiddelindustrien. Disse molekylene har et indre hulrom som fanger jodstoffene og hindrer dem i å bevege seg, men uten å blokkere de elektrokjemiske reaksjonene. Dette sikrer at det aktive materialet forblir ved katoden og at batteriet har lang levetid.
I tillegg til tekniske forbedringer prioriterer systemet rikelig tilgjengelige og rimelige materialer , som sink og jod, fremfor knappere mineraler. Tilgjengeligheten av disse materialene i Europa og i land som Australia, en av verdens største sinkprodusenter, kan effektivisere forsyningskjeden og redusere avhengigheten av eksterne regioner.
Den primære bruksområdet for dette batteriet vil ikke være mobiltelefoner eller datamaskiner. Utviklerne sikter seg inn på storskala energilagring: solkraftverk, industrianlegg eller strømnettbackup. I disse bruksområdene er vekt mindre kritisk, og verdien ligger i evnen til å håndtere flere belastninger med en lav investering. Teamet samarbeider allerede med kommersielle partnere for å lansere en industriell prototypeplattform.
Det er fortsatt en lang vei å gå før dette materialiseres til kommersielle produkter. Ytelsen i større celler må bekreftes, effektiviteten analyseres grundigere, og stabiliteten verifiseres under reelle forhold. Men denne studien viser at det er mulig å bryte litiums rike og bane vei for tryggere, mer holdbare og mer miljøvennlige kjemiske stoffer. Denne bragden har potensial til å forandre hvordan fornybar energi integreres i strømnettet vårt.