Et anodefrit zinkbatteri, der en dag kan lagre vedvarende energi

Vedvarende energikilder, såsom vind- og solenergi, kunne hjælpe med at mindske verdens afhængighed af fossile brændstoffer. Men først, elselskaber har brug for et pengeskab, omkostningseffektiv måde at opbevare energien til senere brug. Massive lithium-ion-batterier kan gøre arbejdet, men de lider af sikkerhedsproblemer og begrænset tilgængelighed af lithium. Nu, forskere, der rapporterer i ACS' Nano bogstaver har lavet en prototype af en anodefri, zinkbaseret batteri, der bruger lavpris, naturligt rigelige materialer.

Vandige zinkbaserede batterier er tidligere blevet udforsket til energilagring i netskala på grund af deres sikkerhed og høje energitæthed. Ud over, materialerne, der bruges til at fremstille dem, er naturligvis rigelige. Imidlertid, de genopladelige zinkbatterier udviklet hidtil har krævet tykke zinkmetalanoder, som indeholder et stort overskud af zink, der øger omkostningerne. Også, anoderne er tilbøjelige til at danne dendritter - krystallinske fremspring af zinkmetal, der aflejres på anoden under opladning - som kan kortslutte batteriet. Yunpei Zhu, Yi Cui og Husam Alshareef spekulerede på, om der virkelig var behov for en zinkanode. Henter inspiration fra tidligere udforskninger af "anodefri" lithium- og natrium-metal-batterier, forskerne besluttede at lave et batteri, hvor en zink-rig katode er den eneste kilde til zinkbelægning på en kobberstrømsamler.

I deres batteri, forskerne brugte en mangandioxid-katode, som de præ-interkalerede med zinkioner, en vandig zinktrifluormethansulfonat-elektrolytopløsning og en kobberfoliestrømsamler. Under opladning, zinkmetal bliver pletteret på kobberfolien, og under afladning fjernes metallet, frigivelse af elektroner, der driver batteriet. For at forhindre dendritter i at dannes, forskerne beklædte kobberstrømsamleren med et lag kulstofnanoskiver. Dette lag fremmede ensartet zinkbelægning, derved forhindrer dendritter, og øget effektiviteten af ​​zinkbelægning og stripning. Batteriet viste høj effektivitet, energitæthed og stabilitet, bevarer 62,8 % af sin lagerkapacitet efter 80 op- og afladningscyklusser. Det anodefri batteridesign åbner nye retninger for brug af vandige zinkbaserede batterier i energilagringssystemer, siger forskerne.