Дослідники з Університету Лінчепінг у Швеції розробили батарею, виготовлену з цинку та лігніну, яку можна перезаряджати понад 8000 разів. Ця інновація має на меті запропонувати доступну та екологічну альтернативу акумуляторам, особливо для регіонів з обмеженим доступом до електроенергії. Висновки докладно описані в журналі Energy & Environmental Materials .
«Сонячні панелі стали відносно недорогими, і багато людей у країнах з низьким рівнем доходу взяли їх на озброєння. Однак поблизу екватора сонце сідає близько 6 вечора, залишаючи домогосподарства та підприємства без електрики. Сподіваємося, що ця технологія акумуляторів, навіть із нижчою продуктивністю, ніж дорогі літій-іонні батареї, зрештою запропонує рішення для таких ситуацій», — каже Реверант Кріспін, професор органічної електроніки в Університеті Лінчепінга.
Удосконалення матеріалів для акумуляторів
Його дослідницька група в Лабораторії органічної електроніки разом з дослідниками Карлстадського університету та Чалмерса розробила батарею на основі цинку та лігніну, двох економічно ефективних та екологічно чистих матеріалів. За щільністю енергії його можна порівняти зі свинцево- кислотними акумуляторами, але без свинцю, який є токсичним.
Акумулятор стабільний, оскільки його можна використовувати протягом 8000 циклів, зберігаючи приблизно 80% своєї продуктивності. Крім того, батарея зберігає свій заряд протягом приблизно одного тижня, значно довше, ніж інші аналогічні цинкові батареї, які розряджаються лише за кілька годин.
Хоча батареї на основі цинку вже є на ринку, головним чином як неперезаряджувані батареї, прогнозується, що вони доповнять, а в деяких випадках замінять літій-іонні батареї в довгостроковій перспективі, коли функція перезаряджання буде належним чином представлена.
Економічна ефективність і переробка
«Хоча літій-іонні батареї корисні, якщо з ними поводитися правильно, вони можуть бути вибухонебезпечними, складними для переробки та проблематичними з точки зору екологічних проблем і прав людини, коли видобуваються певні елементи, такі як кобальт. Таким чином, наша стійка батарея пропонує багатообіцяючу альтернативу, де щільність енергії не має критичного значення», — говорить Зіяуддін Хан, дослідник лабораторії органічної електроніки LiU.
Проблема з цинковими батареями в першу чергу полягала в низькій довговічності через реакцію цинку з водою в розчині електроліту батареї. Ця реакція призводить до утворення газоподібного водню та дендритного зростання цинку, що робить батарею практично непридатною для використання.
Для стабілізації цинку використовується речовина під назвою вода-в-полімерній солі на основі поліакрилату калію (WiPSE). Дослідники з Лінчепінгу продемонстрували, що коли WiPSE використовується в акумуляторі, що містить цинк і лігнін, стабільність дуже висока.
«Як цинк, так і лігнін надзвичайно дешеві, а батарею легко переробити. І якщо ви розрахуєте вартість циклу використання, це стане надзвичайно дешевим акумулятором у порівнянні з літій-іонними акумуляторами», — каже Зіяуддін Хан.
Зараз батареї, розроблені в лабораторії, невеликі. Проте дослідники вважають, що вони можуть створити великі батареї, розміром приблизно з автомобільний акумулятор, завдяки великій кількості лігніну та цинку за низькою ціною. Однак масове виробництво вимагало б участі компанії.
Reverant Crispin стверджує, що позиція Швеції як інноваційної країни дозволяє їй допомагати іншим країнам у прийнятті більш стійких альтернатив.
«Ми можемо вважати своїм обов’язком допомогти країнам з низьким рівнем доходу уникнути тих самих помилок, які ми зробили. Коли вони будують свою інфраструктуру, їм потрібно негайно почати з екологічних технологій. Якщо буде запроваджено нестабільну технологію, її використовуватимуть мільярди людей, що призведе до кліматичної катастрофи», — каже Реверант Кріспін.