Исследователи в Австралии решили проблему, которую они называют «критическим узким местом» в производстве катодов для водных цинк-йодных батарей. Такие батареи считаются перспективным кандидатом для крупномасштабного хранения энергии.
Эти батареи дешевле, безопаснее и изготовлены из более распространённых материалов по сравнению с существующими литий-ионными батареями. Однако учёным всё ещё необходимо решить некоторые проблемы с производительностью, чтобы сделать их мощными и долговечными.
«Мы разработали новую технологию изготовления электродов для цинк-йодных батарей, которая позволяет избежать традиционного мокрого смешивания йода», — говорит профессор Ши-Чжан Чао из Университета Аделаиды, возглавлявший исследование.
«Мы смешивали активные материалы в виде сухих порошков и раскатывали их в толстые, самонесущие электроды».
«В то же время мы добавили небольшое количество простого химического вещества, называемого 1,3,5-триоксаном, в электролит на основе водного цинка, которое превращается в гибкую защитную плёнку на поверхности цинка во время зарядки».
«Эта плёнка предотвращает образование острых дендритов — игольчатых структур, которые могут образовываться на поверхности цинкового анода во время зарядки и разрядки и приводить к короткому замыканию батареи».
Новая сухая технология позволяет поместить в катод больше активного материала, чем при мокрой обработке, которая обычно ограничивается менее чем 2 мг активного материала на см².
«Новая технология подготовки электродов позволила получить рекордно высокую загрузку в 100 мг активного материала на см²», — говорит Хань Ву из Университета Аделаиды, первый автор исследования, опубликованного в журнале Joule.
Плотные сухие электроды также уменьшают количество йода, попадающего в электролит, что снижает производительность батареи.
«После зарядки изготовленных нами пакетных элементов с использованием новых электродов они сохранили 88,6% своей ёмкости после 750 циклов, а монетные элементы сохранили почти 99,8% ёмкости после 500 циклов», — говорит Ву.
По словам Чао, новая технология «принесёт пользу поставщикам систем хранения энергии, особенно в области интеграции возобновляемых источников и балансировки сети, которые получат более дешёвые, безопасные и долговечные батареи».
«Отрасли, нуждающиеся в больших стабильных аккумуляторах энергии, например, коммунальные службы и микросети, могут внедрить эту технологию раньше», — говорит он.
Команда планирует дальнейшее развитие технологии для расширения её возможностей.
«Производство электродов может быть увеличено за счёт использования технологии рулонного производства», — говорит Чао. Это предполагает обработку материалов на непрерывных рулонах, что является эффективным подходом для больших объёмов производства.
«Оптимизируя более лёгкие токосъёмники и уменьшая избыток электролита, общую энергоёмкость системы можно удвоить — с примерно 45 ватт-часов на килограмм (Втч/кг) до примерно 90 Втч/кг». Для сравнения, существующие литий-ионные батареи имеют энергоёмкость около 150–250 Втч/кг.
Интересуетесь энергетической индустрией, технологиями и научными разработками, которые её питают? Тогда наша бесплатная электронная рассылка Energise — для вас. Подпишитесь, кликнув по ссылке.