Wissenschaftler unter der Leitung eines Forschers der Oregon State University haben einen neuen Elektrolyten entwickelt, der die Effizienz der Zinkmetallanode in Zinkbatterien auf fast 100%erhöht, ein Durchbruch auf dem Weg zu einer Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien für groß angelegte Energiespeicher.
Die Forschung ist Teil einer laufenden globalen Suche nach neuen Batteriechemikalien, die in der Lage sind, erneuerbare Solar- und Windenergie auf dem elektrischen Netz aufzubewahren, wenn die Sonne nicht leuchtet und der Wind nicht bläst.
Xiulei [David "Ji vom OSU College of Science und eine Zusammenarbeit, zu der HP Inc. und Grotthuss Inc., ein State Spinout -Unternehmen in Oregon, gehörten, berichtete über ihre Ergebnisse in der Natur Nachhaltigkeit .
[Der Durchbruch stellt einen erheblichen Fortschritt, um Zinkmetallbatterien für Verbraucher zugänglicher zu machen " sowie Energiespeichermodule für Gemeinschaften, die für Naturkatastrophen anfällig sind. "
Eine Batterie speichert Elektrizität in Form von chemischer Energie und durch Reaktionen wandelt sie in elektrische Energie um. Es gibt viele verschiedene Arten von Batterien, aber die meisten von ihnen funktionieren den gleichen grundlegenden Weg und enthalten dieselben grundlegenden Komponenten. Jede Batterie hat zwei Elektroden - die Anode, aus der Elektronen in einen externen Schaltkreis fließen, und die Kathode, die Elektronen aus dem äußeren Schaltkreis erfasst - und das Elektrolyte, das chemische Medium, das die Elektroden trennt und den Ionenstrom zwischen ihnen trennt .
Auf ein Metall, das sicher und reichlich vorhanden ist, sind zinkbasierte Batterien energiedicht und als mögliche Alternative für die Netzspeicherung der Netze zu weit verbreiteten Lithium-Ionen Nickel. Kobalt und Nickel sind ebenfalls giftig und können Ökosysteme und Wasserquellen kontaminieren, wenn sie aus Deponien aussteigen. Zusätzlich werden Elektrolyte in Lithium-Ionen-Batterien häufig in brennbaren organischen Lösungsmitteln gelöst, die sich häufig bei hohen Betriebsspannungen zersetzen. Weitere Sicherheitsbedenken sind Dendriten, die winzigen Bäumen ähneln, die in einer Batterie wachsen. Sie können das Trennzeichen wie Diebstahl durchdringen, die in einer Einfahrt durch Risse wachsen, was zu unerwünschten und manchmal unsicheren chemischen Reaktionen führt.
[Zinkmetallbatterien sind eine der führenden Kandidatentechnologien für die groß angelegte Energiespeicherung ", sagte Ji. [Unser neuer Hybridelektrolyt verwendet Wasser und ein gewöhnliches Batterielösungsmittel, das nicht entlarvbar, kostengünstig und mit geringer Umweltauswirkungen ist. Der Elektrolyt besteht aus einer gelösten Mischung aus kostengünstigen Chloridsalzen, wobei der primäre Zinkchlorid ist. "
Die Kosten für die Stromkosten, die von einer Lagereinrichtung aus Zinkbatterien geliefert werden, können nur mit fossilen Brennstoffversorgung von Strom wettbewerbsfähig sein, wenn die Batterie eine lange Lebensdauer von Tausenden von Zyklen hat, sagte JI. Bisher wurde die Zykluslebensdauer jedoch durch die schlechte Reversibilitätsleistung der Zinkanode begrenzt. Während des Ladens, erklärt JI, erhalten Zinkkationen in den Elektrolytelektronen und werden auf der Anodenoberfläche plattiert. Während der Entladung gibt der plattierte Anode Elektronen für die Arbeitsbelastung auf, indem er in den Elektrolyten gelöst wird.
[Dieser Prozess der Zinkbeschichtung und Auflösung ist oft äußerst irreversibel ", sagte Ji. [Nämlich, dass einige bei der Überbedeckung verwendete Elektronen während der Entladung nicht wiederholt werden können. Dies ist ein Problem in einem Bereich, der als Coulombische Effizienz bekannt ist."
Die Coulombische Effizienz oder CE ist ein Maß dafür, wie gut die Elektronen in Batterien übertragen werden. Das Verhältnis der von der Batterie extrahierten Gesamtladung zur Ladung in den über einen vollen Zyklus. Lithium-Ionen-Batterien können einen CE von mehr als 99%haben.
Der neue Elektrolyte, der von JI und Mitarbeitern entwickelt wurde, darunter Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology, Penn State und der University of California, Riverside, ermöglichte eine CE von 99,95%.
[Die primäre Herausforderung bei Zinkbatterien besteht darin, dass Zink mit Wasser im Elektrolyt reagiert, um Wasserstoffgas in einer sogenannten Wasserstoffentwicklungsreaktion zu erzeugen ", sagte JI. [Diese parasitäre Reaktion führt zu einer kurzen Lebensdauer von kurzer Zyklus und ist auch ein potenzielles Sicherheitsrisiko. "
Der neue Elektrolyte schränkt die Reaktivität des Wassers jedoch ein und schließt die Wasserstoffentwicklungsreaktion nahezu ab 1990er.
[Außerdem ist es erwähnenswert, dass die von uns gemessene Effizienz unter harten Bedingungen besteht Großer Gitterspeicher. "
OSUs Kyriakos Stylianou nahm auch an dieser Forschung teil, die von der National Science Foundation und dem US -Energieministerium unterstützt wurde.
