Nová revoluční zinková baterie. Ohrozí dominantní postavení lithium-iontových baterií?

Zinek je považován jako ideální materiál na výrobu anody pro baterie na bázi vody díky své vysoké kapacitě (820 mAh/g), hojnému výskytu, nízké toxicitě a vysoké bezpečnosti. Nicméně zinkové baterie na bázi vody mají i své nedostatky jako například trvalou spotřebu vody a nízkou energetickou účinnost nabíjecího/vybíjecího cyklu. Vědci učinili objev, kdy při použití vodného elektrolytu na bázi zinkových a lithiových solí ve vysoké koncentraci odstranili výše uvedené problémy zinkových baterií.

Společně s Americkou výzkumnou vojenskou laboratoří a Národním institutem standardů a technologie zkombinovali vědci z UMD starou technologii zinkové baterie s novou technologii vodného elektrolytu s obsahem soli. Baterie obsahuje vodný elektrolyt namísto hořlavého organického elektrolytu používaného v konvenčních li-ion bateriích. Vědci zvedli energetickou hustotu baterie využitím zinku (použitého na anodu v první baterii) a přidáním jeho soli do elektrolytu.

„Baterie na bázi vody by mohly být stěžejní při zabránění požárů v elektronice, ale jejich vlastnosti byly limitovány – až do teď. Poprvé máme baterii, která by mohla konkurovat lithium-iontovým bateriím v energetické hustotě, a bez rizika požáru či výbuchu,“ uvedl Fei Wang, postdoktorální spolupracovník na UMD Clark School.

Tento nový objev umožňuje nebývalou flexibilitu zinkových baterií, které využívají LiMn2O4 nebo O2 katody. V případě LiMn2O4 katody byla při zachování 80% kapacity po více než 4000 nabíjecích cyklech dosažena energetická hustota 180 Wh/kg. V případě O2 katody to bylo po více než 200 nabíjecích cyklech 300 Wh/kg.

Vědecký tým, který stojí za tímto objevem tvrdí, že zinkové baterie na bázi vody by se eventuálně mohly používat i mimo spotřební elektroniku. Dalšími oblastmi pro jejich využití by mohly být extrémní instalace, které vyžadují vysokou bezpečnost baterie, například v leteckých a vojenských aplikacích nebo při využití ve vodním prostředí.

Nízké náklady a vysoká bezpečnost

Pro vyzdvižení největší přednosti nového objevu citoval Fei Wang několik incidentů s li-ion bateriemi v mobilních telefonech, přenosných počítačích a elektromobilech, které byly nedávno zmíněné v mediích. Nová baterie by mohla být odpovědí na tyto problémy a zároveň dosáhnout stejné, nebo vyšší energetické hustoty.

„Protože většina vodních molekul je v novém elektrolytu silně vázána na soli, které jsou obsaženy ve vysoké koncentraci, voda obsažená v elektrolytu zinkové baterie se nemůže v otevřeném článku odpařit,“ dodal UMD profesor chemického a biomolekulárního inženýrství, Chunsheng Wang.

Výzkumný tým tvrdí, že tento technologický pokrok je základním kamenem pro další výzkum, a zároveň věří v budoucí komercializaci.

„Zinkové baterie by mohly poskytnout výkonný a dostupný způsob jak uchovat energii, pokud by měly delší životní cyklus. Tento výzkum odhalil způsob jak kontrolovat, které molekuly v elektrolytu obklopují ionty, pohybující se tam a zpět v baterii při skladování a uvolňování energie. Vědci tyto vědomosti aplikovali k vytvoření nízkonákladové a alternativní baterie pro elektromobily a elektrické sítě,“ řekl Joseph Dura, fyzik v Národním institutu standardů a technologie.

Vědci se domnívají, že objevili hlavní problém, který by mohl mít dopad na výzkum baterií, který čelí stejným překážkám.

Zdroj úvodního obrázku: inhabitat.com