Et nyt lavprisbatteri tilbyder en stor spænding og vedvarende energikapacitet

Et zinkbaseret batteri, der leverer en høj spænding og betydelig energikapacitet, kan indstilles til at konkurrere med konventionelle lithium-ion-batterier, A*STAR -forskere har fundet.

Spredningen af ​​elektriske køretøjer og vedvarende energikilder driver efterspørgslen efter genopladelige batterier, der lagrer og leverer store mængder energi sikkert, effektivt og billigt. Zinkbaserede batterier giver nogle vigtige fordele i forhold til lithium-ion, herunder lavpris og ikke-antændelighed. Kilo pr kilo, zink-luftbatterier kan potentielt lagre fem gange mere energi end lithium-ion, mens zink-nikkelbatterier producerer relativt høje spændinger (potentielt nyttige, fordi færre batterier ville være nødvendige for at drive en enhed). Alligevel har zinkbatterier også en tendens til at miste deres energilagringskapacitet efter blot et par hundrede genopladningscyklusser, og intet zinkbatteri har endnu kombineret både en anstændig spænding på mere end 1,5 volt og en høj energilagringskapacitet.

Yun Zong og Zhaolin Liu fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og kolleger har nu udviklet et hybridzinkbatteri, der kombinerer det bedste af zink-luft og zink-nikkel-teknologier, færdiggørelse over 5, 000 opladningscyklusser uden tab af ydelse. Batteriet har en zinkanode, mens dens katode er baseret på et carbonovertrukket nikkelskum dækket med nanotråde af nikkelkoboltoxid. Den flydende elektrolyt mellem elektroderne indeholder hydroxidanioner opløst i vand.

En vigtig årsag til batteriets fremragende ydeevne er, at katoden fungerer på to forskellige måder under opladning og afladning. Når batteriet oplades, hydroxidioner fra elektrolytten reagerer med metaloxider i katoden for at producere oxyhydroxidforbindelser, frigør elektroner. Men metallerne i katoden fungerer også som en katalysator, kombinerer hydroxidanioner til at producere ilt, vand, og flere elektroner. Disse elektroner strømmer rundt i kredsløbet til anoden, hvor de kombineres med zinkioner i elektrolytten til fremstilling af zinkmetal. Under udskrivning, disse elektrokemiske processer vendes.

Batteriet har en stabil to-trins afladningsspænding mellem 1,75 og 1,0 volt, og fastholdt sin ydeevne over tre måneders kontinuerlig testning, langt overgår tidligere zinkbatterier. Zong vurderer, at batteriet kan lagre omkring 270 watt-timer pr. med forbedringspotentiale. "Dette er allerede på niveau med lithium-ion-batterier, der findes på markedet, " han siger.

De to kemiske processer ved katoden producerer forskellige spændinger, hvilket kan være en fordel for applikationer, der oprindeligt kræver en højere spænding, såsom ubemandede luftfartøjer, der har brug for et energiforøgelse for at komme i luften og derefter en lavere spænding for at opretholde deres flyvning. Teamet håber nu at forbedre batteriets cyklustid, måske ved at bruge en porøs zinkanode, og for at øge kapaciteten af ​​zink-nikkel-delen af ​​batteriet.