1 
Дослідники з Університету Фліндерса в Австралії повідомили про новий прогрес у розробці водних цинк-йодних акумуляторів. Йдеться про технологію, яку розглядають як потенційну альтернативу літій-іонним батареям, особливо для великих систем накопичення енергії. Про це пише Techradar.
У чому особливість нової батареї?
Експериментальні елементи, створені на основі нової конструкції, змогли витримати понад 60 000 циклів заряджання та розряджання. Крім того, їх можна зарядити приблизно за три хвилини.
Водночас важливо враховувати масштаб результату. Йдеться саме про невеликий лабораторний елемент, а не про повнорозмірний акумулятор для смартфона, електромобіля чи системи зберігання електроенергії. Дослідження опубліковане в журналі "Angewandte Chemie". Саме в ньому науковці описали новий підхід, який має вирішити одну з головних проблем цинк-йодних батарей – поступове погіршення їхніх характеристик під час експлуатації.
Чому цинк-йодні акумулятори вважають перспективними?
Водні цинк-йодні батареї, або AZIB, використовують електроліт на водній основі. Це принципово відрізняє їх від традиційних літій-іонних акумуляторів, де застосовуються органічні електроліти.
Однією з потенційних переваг такого підходу є підвищена безпека. Водна основа значно знижує ризик займання та вибуху, який є одним із відомих недоліків літій-іонних акумуляторів. Це особливо важливо для великих систем накопичення енергії, де одночасно працюють тисячі акумуляторних елементів. Для таких установок безпека має не менше значення, ніж енергетична щільність, швидкість заряджання чи термін служби.
Крім того, цинк і йод потенційно можуть бути доступнішими для масштабного використання, ніж матеріали, від яких залежить сучасне виробництво літій-іонних батарей. Тому така технологія може зменшити тиск на ланцюги постачання сировини для акумуляторної індустрії.
Попри переваги, у цинк-йодних батарей є серйозна проблема. Під час заряджання та розряджання всередині акумулятора відбуваються хімічні реакції, через які батарея поступово втрачає стабільність і свої характеристики. Команда Університету Фліндерса запропонувала вирішити цю проблему за допомогою спеціальної молекулярної структури.
Дослідники створили молекулярну "клітку", яка утримує йод усередині системи. Її конструкція має бути достатньо міцною, щоб не дозволяти йоду залишати потрібну зону акумулятора, але водночас не настільки обмежувальною, щоб блокувати необхідні хімічні реакції.
Саме контроль поведінки йоду дозволив підвищити стабільність батареї. У результаті лабораторні елементи продемонстрували значно довший термін роботи. Понад 60 000 циклів заряджання та розряджання є показником, який потенційно може зробити технологію цікавою для застосувань, де акумулятор має працювати роками з дуже частими циклами.
Швидкість заряджання також є важливою перевагою. За даними дослідників, невеликий експериментальний елемент може повністю заряджатися приблизно за три хвилини.
Чи зможе така батарея замінити літій-іонні?
Поки що говорити про безпосередню заміну літій-іонних акумуляторів у смартфонах, ноутбуках або електромобілях зарано. Головна причина полягає в тому, що дослідники поки не створили повнорозмірний працездатний прототип. Нинішні результати отримані на невеликих лабораторних елементах.
Саме тому головним напрямом для цієї технології наразі називають великомасштабне накопичення енергії.
Наприклад, такі акумулятори потенційно можуть використовуватися для зберігання електроенергії, яку виробляють сонячні електростанції. Вдень система накопичуватиме надлишкову електроенергію, а потім віддаватиме її в мережу, коли виробництво зменшується. Для такого застосування особливо важливими є довговічність і безпека. Акумуляторна система може регулярно проходити цикли заряджання та розряджання, тому здатність витримувати десятки тисяч циклів є значною перевагою.
Що ще потрібно зробити перед масштабуванням?
Попри вражаючі результати лабораторних випробувань, технологія залишається на ранньому етапі.
Науковцям ще належить показати, що їхній підхід можна перенести з невеликих елементів на повнорозмірні акумуляторні системи. Потрібно також перевірити, як технологія поводитиметься при масштабуванні виробництва та тривалій експлуатації в реальних умовах.
Тобто показник у понад 60 000 циклів не означає, що вже існує готовий акумулятор, який можна встановити замість батареї смартфона або електромобіля.
Водночас результат демонструє, що одна з ключових проблем водних цинк-йодних систем може бути вирішена на рівні хімії акумулятора. Професор хімії Чжунфань Цзя з Університету Фліндерса вважає, що технологія вже наближається до практичного застосування.
Акумулятори на основі водного цинку та йоду стають життєздатною альтернативою літій-іонним батареям для великомасштабного накопичення енергії, і наша група зараз співпрацює з промисловістю для створення платформи прототипування цієї акумуляторної системи, – сказав Цзя.
Таким чином, наступним етапом роботи стане не просто вдосконалення лабораторного елемента, а створення повноцінних прототипів, які можна буде випробувати в умовах, наближених до реального використання.
Якщо дослідникам вдасться зберегти високу циклічну стабільність і швидке заряджання після масштабування, цинк-йодні акумулятори можуть стати одним із кандидатів на роль безпечнішої альтернативи літій-іонним системам для великих енергетичних об'єктів.