Создана водная цинк-йодная батарея без лития: сохраняет ёмкость после тысяч циклов

Исследователи Университетского колледжа Лондона (UCL) разработали водную цинк-йодную батарею, которая сохраняет почти всю первоначальную ёмкость даже после тысяч циклов зарядки и разрядки. Разработка рассматривается как более безопасная и долговечная альтернатива литий-ионным аккумуляторам для систем накопления электроэнергии.

Четыре электрона вместо двух

Главная особенность технологии — новый состав электролита, который позволяет эффективнее использовать йод как материал для хранения энергии. В обычной йодной химии при зарядке и разрядке участвуют два электрона, а новая разработка позволяет задействовать четыре. Это увеличивает количество энергии, которое можно получить из того же объёма активного материала.

Как решили проблему активного йода

У четырёхэлектронного подхода есть недостаток: в процессе работы образуются химически активные формы йода, способные вступать в нежелательные реакции с водой и разрушать батарею. Ранее эту задачу пытались решать высококонцентрированными электролитами с галогенами — они стабилизировали йод, но получались слишком дорогими и агрессивными для практики.

Команда UCL изменила химический состав электролита: одни молекулы препятствуют контакту воды с йодом, другие связывают его активные формы и предотвращают нежелательные реакции. Это позволило повысить эффективность использования йода без коррозионных растворов. Работа опубликована в журнале Nature.

Испытания и перспективы

Новую химию проверили на двух типах элементов — плоских пакетных аккумуляторах и небольших батареях таблеточного формата. В испытаниях на долговечность цинк-йодные элементы сохранили почти всю первоначальную ёмкость после тысяч циклов зарядки и разрядки.

Такие характеристики важны для крупных систем хранения энергии — накопителей, которые сглаживают неравномерную генерацию солнечных и ветряных электростанций.
Водный электролит делает батарею заметно более пожаробезопасной по сравнению с литий-ионными аналогами.
Предложенный состав электролита потенциально можно адаптировать и для алюминий-йодных аккумуляторов.

До коммерческого применения пока далеко: результаты получены в лабораторных условиях, и исследователям предстоит проверить работу батарей в более крупных системах при нагрузках, приближенных к реальной эксплуатации энергетических объектов.

Частые вопросы

Чем эта батарея отличается от литий-ионной?

Она не использует литий: энергия хранится в цинк-йодной химии с водным электролитом. Это делает её более пожаробезопасной и потенциально дешевле, что важно для крупных сетевых накопителей.

Сколько циклов зарядки выдерживает батарея?

В испытаниях цинк-йодные элементы сохранили почти всю первоначальную ёмкость после тысяч циклов зарядки и разрядки.

Для чего нужна такая батарея?

Прежде всего для систем накопления энергии: накопителей, которые запасают избыток электричества от солнечных и ветряных станций и отдают его в сеть, когда генерация снижается.

Почему выбрали именно йод?

Новый электролит позволил йоду участвовать в переносе четырёх электронов вместо двух, что повышает плотность энергии — с того же объёма активного материала можно получить больше запасаемой энергии.

Когда технология появится на рынке?

Пока это лабораторная стадия. Исследователям предстоит проверить работу батарей в более крупных системах и при нагрузках, приближенных к реальной эксплуатации энергетических объектов.

Источники: ixbt.com, techxplore.com, interestingengineering.com, nature.com