Naukowcy pod przewodnictwem badacza Uniwersytetu Oregonu opracowali nowy elektrolit, który podnosi wydajność anody cynkowej w akumulatorach cynkowych do prawie 100%, co jest przełomem w drodze do alternatywy dla baterii litowo-jonowych do magazynowania energii na dużą skalę.
Badanie jest częścią trwającego globalnego poszukiwania nowych chemii akumulatorów zdolnych do przechowywania odnawialnej energii słonecznej i wiatrowej na sieci elektrycznej do użytku, gdy słońce nie świeci, a wiatr nie wie.
Xiulei [David "Ji z OSU College of Science i współpraca, w której obejmują HP Inc. i Grotthuss Inc., firma spinoutowa stanu Oregon, poinformowała o swoich ustaleniach w zakresie zrównoważonego rozwoju przyrody .
[Przełom stanowi znaczący postęp w zakresie uczynienia akumulatorów cynku bardziej dostępnymi dla konsumentów ” - powiedział Ji. [Akumulatory te są niezbędne do instalacji dodatkowych gospodarstw słonecznych i wiatrowych. Ponadto oferują bezpieczne i wydajne rozwiązanie do magazynowania energii domowej w domu. , a także moduły magazynowania energii dla społeczności, które są podatne na klęski żywiołowe ”.
Akumulator przechowuje energię elektryczną w postaci energii chemicznej i poprzez reakcje przekształca ją w energię elektryczną. Istnieje wiele różnych rodzajów baterii, ale większość z nich działa w ten sam podstawowy sposób i zawiera te same podstawowe elementy. Każda akumulator ma dwie elektrody - anodę, z której elektrony wypływają do obwodu zewnętrznego, a katoda, która nabywa elektrony z obwodu zewnętrznego - i elektrolitu, środka chemicznego, który oddziela elektrody i pozwala na przepływ jonów między nimi .
Poleganie na metalu, który jest bezpieczny i obfity, baterie na bazie cynku, są gęste energooszczędne i postrzegane jako możliwa alternatywa dla magazynowania energii siatki do szeroko stosowanych akumulatorów litowo-jonowych, których produkcja opiera się na zmniejszaniu zasobów rzadkich metali, takich jak kobalt i kobalt i nikiel. Kobalt i nikiel są również toksyczne i mogą zanieczyszczać ekosystemy i źródła wody, jeśli wypływają z wysypisk śmieci. Ponadto elektrolity w akumulatorach litowo-jonowych są powszechnie rozpuszczane w łatwopalnych rozpuszczalnikach organicznych, które często rozkładają się przy wysokich napięciach operacyjnych. Inne obawy dotyczące bezpieczeństwa obejmują dendryty, które przypominają małe drzewa rosnące w baterii. Mogą przebić separatory, jak krążeni rosnące przez pęknięcia na podjeździe, co prowadzi do niepożądanych, a czasem niebezpiecznych reakcji chemicznych.
[Akumulatory cynku metalowe są jedną z wiodących technologii kandydatów do magazynowania energii na dużą skalę ”-powiedział Ji. [Nasz nowy hybrydowy elektrolit wykorzystuje wodę i zwykły rozpuszczalnik akumulatora, który nie jest bezpłynny, opłacalny i ma niski wpływ na środowisko. Elektrolit wykonany jest z rozpuszczonej mieszaniny niedrogich soli chlorkowych, przy czym pierwotnym jest chlorek cynku. ”
Koszt energii elektrycznej dostarczany przez magazyn składający się z akumulatorów cynkowych może być konkurencyjny tylko z elektrycznością wytwarzaną przez kopalne paliwo, jeśli akumulator ma długą żywotność cyklu wynoszącą tysiące cykli, powiedział Ji. Do tej pory jednak życie cykliczne było ograniczone przez słabą wydajność odwracalności anody cynkowej. Podczas ładowania Ji wyjaśnia, kationy cynku w elektrolicie zyskują elektronę i stają się wysadzane na powierzchni anody. Podczas rozładowania platowana anoda rezygnuje z elektronów dla obciążenia, rozpuszczone w elektrolicie.
[Ten proces spasowania cynku i rozpuszczania jest często żałośnie nieodwracalny ” - powiedział Ji. [Mianowicie niektórych elektronów stosowanych w sprzątaniu nie można odzyskać podczas wypisu. Jest to problem w obszarze zwanym wydajnością kulombową”.
Wydajność Coulombic, czyli CE, jest miarą tego, jak dobrze elektrony są przenoszone w akumulatory, stosunek całkowitego ładunku wyodrębnionego z akumulatora do ładowania w pełnym cyklu. Akumulatory litowo-jonowe mogą mieć CE przekraczający 99%.
Nowy elektrolit opracowany przez JI i współpracowników, w tym naukowców z Massachusetts Institute of Technology, Penn State i University of California, Riverside, umożliwił CE 99,95%.
[Głównym wyzwaniem z akumulatorami cynku jest to, że cynk reaguje z wodą w elektrolicie w celu wytworzenia gazu wodorowego w tak zwanej reakcji ewolucji wodoru ” - powiedział Ji. [Ta reakcja pasożytnicza powoduje krótki czas cyklu i jest również potencjalnym zagrożeniem bezpieczeństwa. "
Nowy elektrolit ogranicza jednak reaktywność wody i prawie wyłącza reakcję ewolucji wodoru poprzez utworzenie [warstwy pasywacyjnej ”na powierzchni anody. Podobna warstwa pasywacyjna umożliwiła początkową komercjalizację akumulatorów litowo-jonowych w 90. XX wieku. Kolega Chemistry OSU Chong Fang do odkrycia struktury atomowej elektrolitu za pomocą spektroskopii ramanowskiej femtosekundowej i Alexa Greaneya w UC Riverside do określenia mechanizmu pasywacji.
[Warto również zauważyć, że mierzona przez nas wydajność jest w trudnych warunkach, które nie maskują żadnych uszkodzeń spowodowanych reakcją ewolucji wodoru ”-dodał Ji. [Przełom zgłasza tutaj, że komercjalizacja baterii metali cynkowych dla baterii metali cynkowych dla baterii metali cynkowych dla baterii metali cynkowych dla baterii metali cynkowych dla metali cynkowych dla Miejsce do przechowywania siatki na dużą skalę. ”
Kyriakos Stylianou w OSU również wziął udział w tych badaniach, które były wspierane przez National Science Foundation i Departament Energii USA.
