Solvation-omlægning bringer stabile zink/grafit-batterier tættere på kommerciel netlager

Med vedvarende energi i netskala i stigning, mange forskere har flyttet deres opmærksomhed fra energiproduktion til energilagring. Uanset om det er solceller, der omdanner sollys til strøm, eller vindmøller, der omdanner luftstrømme til elektriske strømme, kilderne til vedvarende energiproduktion er i sagens natur variable.

Undtagelsesvis overskyet eller stille dage kan forårsage mærkbare udsving i udgangseffekten fra vedvarende energikilder. En stor hindring for vedvarende energi i netskala er, hvordan man ofte lagrer disse ofte intermitterende energikilder til senere, mere jævnt fordelt anvendelse.

Et forskerhold ledet af prof. Cui Guanglei og Zhao Jingwen fra Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT), Chinese Academy of Sciences (CAS) er et skridt tættere på at løse dette lagringsproblem.

Holdet har fokuseret på zink anode og grafit katode baserede Dual-ion batterier (DIB'er) på grund af deres lave omkostninger og højspændingskapaciteter, gør dem til en god kandidat til store, netværkslagerenheder. Deres resultater blev offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition den 18. august.

I disse batterier, Zn-aflejring sker på en Zn-anode under opladningsprocessen, mens negativt ladede anioner væver sig ind i grafitkatoden, hvilket tillader energilagring til senere brug, en proces kendt som interkalation. Zink/grafit batterier, imidlertid, har en fangst.

"Desværre, anioner, der ofte bruges til grafitinterkalationsreaktioner, kan danne kompleks med carbonat i elektrolytten. Dette reducerer oxidationsstabiliteten af ​​carbonat og forhindrer udviklingen af ​​DIB'er med høj effektivitet, lav selvafladning og lang holdbarhed/cykeltid, " siger Cui.

I det væsentlige, de elektrolytter, der bruges til at overføre ladning gennem batteriet, vil undergå oxidativ nedbrydning ved højspændingsområder, sænke effektiviteten og batteriets levetid. Dette er et vigtigt problem, der skal løses, før du anvender denne type batteri til storlager.

Gruppens tilgang forbedrede oxidationsstabiliteten af ​​carbonatbaserede elektrolytter gennem tuning af anionsolvatiseringsstrukturen. Ved at introducere et stærkt elektrondonerende trimethylphosphat (TMP) opløsningsmiddel, holdet var i stand til at fange anionerne i TMP -løsningsregimet og afkoble anionerne fra carbonatopløsningsmiddel.

Følgelig, driftsspændingen for zink/grafit-batterierne blev hævet med 0,45 V, samtidig med at det muliggjorde en lang levetid (92 % kapacitetsopbevaring efter 1000 cyklusser). Dette kunne ikke kun forlænge levetiden for zink/grafit-batterier, men også øge kapaciteten af ​​anioninterkalering til grafit. Forfatterne understregede, at "en dyb forståelse og regulering af anionopløsningsstrukturen er afgørende."

"Her, vi genvinder den antioxidative natur af karbonatbaserede elektrolytter for at understøtte højspændingszink/grafitceller, ved at reorganisere det intermolekylære, dvs. ion-opløsningsmiddel og ion-ion, interaktioner, "Sagde Cui.

Deres fremtidige arbejde vil være fokuseret på at øge energitætheden, undertrykke selvafladningsadfærden samt sænke omkostningerne ved elektrolytten til zink/grafit-batterier. Det endelige mål er at kommercialisere zink/grafitbatteriet i energilagring i netskala.