Ερευνητική ομάδα από το Adelaide University παρουσίασε μια νέα τεχνική παραγωγής ηλεκτροδίων για μπαταρίες ψευδαργύρου-ιωδίου, η οποία προσφέρει πάνω από διπλάσια απόδοση σε σχέση με τις παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου και ιωδίου.
Οι υδατικές μπαταρίες ψευδαργύρου-ιωδίου, που χρησιμοποιούν νερό για τη μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου, θεωρούνται πιο ασφαλείς, πιο φιλικές προς το περιβάλλον και οικονομικότερες για αποθήκευση ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα συγκριτικά με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Ωστόσο, μέχρι σήμερα παρουσίαζαν προβλήματα απόδοσης.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, οι ερευνητές αντικατέστησαν την παραδοσιακή μέθοδο υγρής ανάμειξης του ιωδίου, επιλέγοντας να αναμείξουν τα ενεργά υλικά σε μορφή ξηρής σκόνης και να τα μορφοποιήσουν σε παχιά, αυτοσυγκρατούμενα ηλεκτρόδια.
Ο επικεφαλής της ομάδας, καθηγητής Σιτζάνγκ Τσιάο, εξήγησε ότι η νέα τεχνική αναμένεται να επιτρέψει στους παρόχους αποθήκευσης ενέργειας να αποκτήσουν μπαταρίες χαμηλού κόστους, με μεγαλύτερη ασφάλεια και ανθεκτικότητα.
Επιπλέον, εκτίμησε πως η τεχνολογία θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στην ενσωμάτωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και στη ρύθμιση του ηλεκτρικού δικτύου, καθώς βιομηχανίες που απαιτούν μεγάλες και σταθερές ενεργειακές αποθήκες, όπως κοινωφελή δίκτυα και μικροδίκτυα, θα μπορούσαν να υιοθετήσουν γρήγορα την τεχνολογία αυτή.
Βελτιώνοντας την μπαταρία
Προηγούμενα συστήματα μπαταριών ψευδαργύρου-ιωδίου αντιμετώπιζαν προβλήματα χαμηλής ενεργειακής πυκνότητας και αποφόρτισης λόγω περιορισμένης ποσότητας ενεργού υλικού. Ο συγγραφέας της μελέτης, Χαν Γου, τόνισε ότι οι μπαταρίες που κατασκευάστηκαν με τη νέα τεχνική διαθέτουν «ρεκόρ» υψηλής συγκέντρωσης ενεργού υλικού.
Επιπλέον, οι μπαταρίες διατήρησαν σημαντική χωρητικότητα ακόμη και μετά από πολλούς κύκλους φόρτισης. Συγκεκριμένα, τα «pouch cells» κράτησαν το 88,6% της αρχικής τους χωρητικότητας μετά από 750 κύκλους, ενώ τα μικρότερα «coin cells» διατήρησαν σχεδόν το 99,8% μετά από 500 κύκλους.
Τα «pouch cells» χρησιμοποιούνται ευρέως σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, όπως κινητά και τάμπλετ, καθώς και σε ηλεκτρικά οχήματα.
Διατηρώντας το ιώδιο και τον ψευδάργυρο
Για να περιοριστεί η διαλύση του ιωδίου, η οποία μειώνει την απόδοση των μπαταριών, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν ένα δίκτυο συνθετικών μορίων με αντικολλητικές ιδιότητες, διατηρώντας το ιώδιο όσο το δυνατόν περισσότερο διαχωρισμένο.
Ο Γου, σε επικοινωνία με την εφημερίδα The Epoch Times μέσω μηνύματος ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, εξήγησε ότι η υψηλή φόρτωση ιωδίου επιτρέπει μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση, μειώνοντας την ανάγκη για ογκώδη ή βαριά ανενεργά στοιχεία και συνεισφέροντας στη μείωση του κόστους παραγωγής.
Επιπλέον, οι ερευνητές προσέθεσαν μικρή ποσότητα της χημικής ένωσης 1,3,5-τριοξάνη στον ηλεκτρολύτη, που δημιουργεί προστατευτικό φιλμ στις επιφάνειες του ψευδαργύρου, αποτρέποντας τον σχηματισμό δενδριτών – βελόνων που μπορεί να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα στην αρνητική ηλεκτρόδιο.
Κατασκευάζοντας την μπαταρία
Τα υλικά, τα οποία είναι σε μορφή σκόνης, διαμορφώνονται σε παχιά και αυτοστηριζόμενα ηλεκτρόδια με πυκνή δομή απαλλαγμένη από διαλύτες. Αυτό αποτρέπει την είσοδο νερού και την καταστροφή των στοιχείων. Τα βασικά υλικά διαθέτουν θερμική σταθερότητα και η απουσία πτητικών δεσμευτικών ή διαλυτών ενισχύει την αντοχή τους σε ευρύ φάσμα θερμοκρασιών.
Σύμφωνα με τον Γου, υπό συνθήκες κάτω των 100°C, τα ηλεκτρόδια διατηρούν τη δομική τους ακεραιότητα χωρίς σημαντική παραμόρφωση ή φθορά.
Μία ακόμα καινοτομία είναι ότι ακόμα και αν το ψευδαργύρου-ιωδίου διαλυθεί στον ηλεκτρολύτη, μπορεί να συμμετέχει στις αντιδράσεις, με αποτέλεσμα η μπαταρία να μην χάνει σταδιακά την ισχύ της.
Οι ερευνητές αναμένεται να συνεχίσουν τις δοκιμές τους και σε άλλες χημικές συνθέσεις, όπως αυτές που βασίζονται στο βρώμιο.
Της Lily Kelly
