Cynk zamiast litu? Jest szansa na nowe, dużo bardziej wytrzymałe baterie

Jak przekonują badacze, innowacja ta jest znaczącym krokiem ku osiągnięciu zrównoważonych rozwiązań w branży zielonej energii. Jest także odpowiedzią na kluczowe wyzwania związane z magazynowaniem prądu.

Więcej o najnowszych osiągnięciach w dziedzinie energii odnawialnej przeczytasz na Spider's Web:

Guma ksantanowa to substancja powszechnie stosowana w kosmetykach. Jest pozyskiwana z roślin, takich jak np. kapusta. Jej zalety wynikają z zawartości węglowodanów, które sprawiają, że jest wydajną i naturalną barierą ochronną. Kosmetyki zawierające gumę ksantanową pomagają chronić naszą skórę. W innowacyjnym rozwiązaniu koreańskich naukowców ten specyficzny produkt został zmieszany z polimerami i wykorzystany do stworzenia warstwy ochronnej dla elektrod baterii.

Celem tego działania jest zwiększenie ich trwałości. Na całym świecie toczy się zacięty wyścig, by stworzyć jak najbardziej wydajne baterie. Popyt na na technologie umożliwiające przechowywanie energii elektrycznej nieustannie rośnie. W takiej sytuacji każda - nawet drobna innowacja pozwalająca na wydłużenie żywotności baterii - jest na wagę złota. Szybki rozwój branży systemów magazynowania energii (ESS) wynika głównie z ekspansji energetyki odnawialnej.

Zielone źródła energii, takie jak energia słoneczna lub wiatr są z natury nieciągłe - tzn. nie dostarczają energii cały czas. Technologie ESS mają temu zaradzić. Umożliwiają przechwytywanie i efektywne wykorzystanie energii elektrycznej w razie potrzeby. To sprawia, że stają się kluczowym i nieodzownym elementem całego sektora energii odnawialnej.

Do tej pory systemy magazynowania energii były oparte głównie na bateriach litowo-jonowych (Li-ion). Takie rozwiązanie było jednak skutkiem konieczności, a nie wyboru. Baterie Li-ion są drogie w produkcji, a światowe zasoby litu nieubłaganie się kurczą. Te właśnie czynniki, obok rozwoju energetyki odnawialnej i charakteryzującej ją nieciągłości, są głównymi powodami, dla których naukowcy nie ustają w próbach znalezienia lepszych alternatyw.

Jednym z pierwiastków, z którym związane są największe nadzieje na zastąpienie litu jest cynk (Zn). Ten surowiec występuje na Ziemi obficie, więc nie ma żadnych obaw o jego wyczerpanie. Baterie cynkowo-jonowe są w stanie przechowywać znaczne ilości energii. Dodatkowo, w przypadku ewentualnego pożaru, są one bezpieczniejsze niż akumulatory litowo-jonowe.

Jednakże wyzwanie polega na znalezieniu sposobu trwałego osadzania cynku na elektrodach w bateriach ESS. Powtarzające się cykle ładowania i rozładowywania akumulatorów prowadzą do powstawania kryształów na powierzchni cynku, co prowadzi do spadku żywotności baterii.

Naukowcy z koreańskiego uniwersytetu chcą temu zaradzić. W tym celu wykorzystali biopolimer gumy ksantanowej i połączyli go z polimerem przewodzącym jony. W ten sposób powstała warstwa ochronna dla elektrody akumulatora. Interakcja między tymi dwoma polimerami, w środowisku bogatym w tlenowe grupy funkcyjne, sprawia, że cynk osadza się na powierzchni elektrody bardzo równomiernie. W rezultacie minimalizowane jest tworzenie się cynkowych kryształów.

Efektem jest niezwykle gładka powierzchnia, skutecznie chroniąca elektrodę zarówno przed uszkodzeniami fizycznymi, jak i zanieczyszczeniami chemicznymi. Oprócz tego powłoka ochronna wykazuje niezwykłą stabilność nawet po 200 dniach wielokrotnego ładowania i rozładowywania baterii.