«Вечная» цинк-йодная батарея заряжается за 3 минуты

Исследователи Университета Флиндерса в Австралии разработали водный цинк-йодный аккумулятор. В одном из лабораторных режимов он заряжался примерно за три минуты, а экспериментальный элемент выдержал более 60 000 циклов. Такая технология потенциально подходит для стационарных накопителей энергии, где важны безопасность и длительный ресурс.

Полимер из крахмала ограничил шаттл-эффект

Цинк-йодные аккумуляторы используют доступные материалы и негорючий водный электролит. Их слабое место — перемещение соединений йода через сепаратор от одного электрода к другому. Этот процесс называют шаттл-эффектом: он снижает эффективность батареи и ускоряет ее деградацию.

Команда Университета Флиндерса добавила в конструкцию биоразлагаемый полимер на основе циклодекстрина, который получают из крахмала. Молекулы полимера удерживают полигалогениды в молекулярных «ловушках» и контролируемо высвобождают их во время работы аккумулятора.

По словам исследователей, такой подход ограничивает перемещение активных соединений через сепаратор и стабилизирует электрохимические реакции. Это помогает батарее дольше сохранять характеристики при повторных циклах заряда и разряда.

До 60 000 циклов в режиме с меньшей емкостью

Результаты зависели от режима испытаний. При емкости около 200 мА·ч/г экспериментальный элемент выдержал более 8000 циклов. Полный заряд в этом режиме занимал примерно семь минут.

В режиме с емкостью около 150 мА·ч/г зарядка занимала примерно три минуты, а ресурс превысил 60 000 циклов.

• Зарядка — около трех минут при емкости 150 мА·ч/г.
• Ресурс в этом режиме — более 60 000 циклов.
• При емкости около 200 мА·ч/г — свыше 8000 циклов и зарядка примерно за семь минут.
• Деградация — около 0,0001–0,0003% за цикл.
• Рабочее напряжение — 1,3–1,4 В.

Высокий ресурс и быстрый заряд важны для накопителей, которые регулярно принимают и отдают энергию. Однако эти показатели получены на экспериментальном элементе в конкретных лабораторных режимах. Они не означают, что промышленные системы сразу покажут такие же результаты.

Цинк и вода — потенциальное преимущество для стационарных систем

Аккумулятор использует электролит на водной основе. Он не воспламеняется, поэтому такая конструкция потенциально снижает риск возгорания по сравнению с системами на горючих электролитах. В составе батареи также применяется цинк — распространенный и относительно доступный материал.

По данным, приведенным разработчиками, на Австралию приходится примерно 20–28% известных мировых запасов цинка. Для местных производителей доступность сырья может стать преимуществом, однако влияние этого фактора на стоимость будущих систем еще предстоит оценить.

Водный электролит не отменяет других инженерных задач. Перед промышленным применением нужно проверить стабильность элементов большего размера, стоимость производства и работу батарей при реальных нагрузках и длительной эксплуатации.

Основная область применения — энергосети

Разработчики Университета Флиндерса ориентируются прежде всего на крупные стационарные накопители. Такие системы хранят электроэнергию и отдают ее в сеть, когда это необходимо. Для них быстрый заряд и ресурс в десятки тысяч циклов могут быть важнее компактности и максимальной удельной емкости.

О смартфонах, ноутбуках и электромобилях пока говорить рано. Для таких устройств нужны небольшие, легкие и энергоемкие батареи с другими требованиями к напряжению и мощности. В нынешнем виде цинк-йодная технология рассматривается как платформа для сетевых накопителей.

Следующий этап — масштабирование, испытания полноразмерных элементов и проверка готовых накопителей. Только после этого станет понятно, удастся ли перенести лабораторные показатели — зарядку за три минуты и ресурс более 60 000 циклов — в коммерческие системы.