Para saintis yang diketuai oleh penyelidik Universiti Negeri Oregon telah membangunkan elektrolit baru yang menimbulkan kecekapan anod logam zink dalam bateri zink hingga hampir 100%, satu kejayaan dalam perjalanan ke alternatif kepada bateri lithium-ion untuk penyimpanan tenaga berskala besar.
Penyelidikan ini adalah sebahagian daripada usaha global yang berterusan untuk kimia bateri baru yang dapat menyimpan tenaga solar dan angin yang boleh diperbaharui pada grid elektrik untuk digunakan apabila matahari tidak bersinar dan angin tidak bertiup.
Xiulei [David "Ji dari OSU College of Science dan kerjasama yang termasuk HP Inc. dan Grotthuss Inc., sebuah syarikat spinout negara Oregon, melaporkan penemuan mereka dalam kemampanan alam .
[Kejayaan ini merupakan kemajuan yang ketara ke arah membuat bateri logam zink lebih mudah diakses oleh pengguna, "kata Ji. [Bateri ini penting untuk pemasangan ladang solar dan angin tambahan. Di samping itu, mereka menawarkan penyelesaian yang selamat dan cekap untuk penyimpanan tenaga rumah , serta modul penyimpanan tenaga untuk komuniti yang terdedah kepada bencana alam. "
Bateri menyimpan elektrik dalam bentuk tenaga kimia dan melalui reaksi menukarkannya kepada tenaga elektrik. Terdapat banyak jenis bateri, tetapi kebanyakannya berfungsi dengan cara asas yang sama dan mengandungi komponen asas yang sama. Setiap bateri mempunyai dua elektrod - anod, dari mana elektron mengalir ke dalam litar luaran, dan katod, yang memperoleh elektron dari litar luaran - dan elektrolit, medium kimia yang memisahkan elektrod dan membolehkan aliran ion di antara mereka .
Bergantung pada logam yang selamat dan berlimpah, bateri berasaskan zink adalah tenaga dan dilihat sebagai alternatif yang mungkin untuk penyimpanan tenaga grid untuk bateri lithium-ion yang digunakan secara meluas, yang pengeluarannya bergantung pada bekalan logam yang jarang berlaku seperti kobalt dan kobalt seperti kobalt dan Nikel. Kobalt dan nikel juga toksik dan boleh mencemarkan ekosistem dan sumber air jika mereka meleleh dari tapak pelupusan. Di samping itu, elektrolit dalam bateri lithium-ion biasanya dibubarkan dalam pelarut organik mudah terbakar yang sering terurai pada voltan operasi yang tinggi. Kebimbangan keselamatan lain termasuk dendrit, yang menyerupai pokok -pokok kecil yang tumbuh di dalam bateri. Mereka boleh menembusi pemisah seperti thastles yang tumbuh melalui retak di jalan masuk, yang membawa kepada tindak balas kimia yang tidak diingini dan kadang -kadang tidak selamat.
[Bateri logam zink adalah salah satu teknologi calon terkemuka untuk penyimpanan tenaga berskala besar, "kata Ji. [Elektrolit hibrid baru kami menggunakan air dan pelarut bateri biasa, yang tidak mudah terbakar, kos efektif dan kesan alam sekitar yang rendah. Elektrolit ini diperbuat daripada campuran garam klorida yang murah, dengan yang utama adalah zink klorida. "
Kos elektrik yang disampaikan oleh kemudahan penyimpanan yang terdiri daripada bateri zink hanya boleh bersaing dengan elektrik yang dihasilkan oleh fosil jika bateri mempunyai hayat kitaran panjang beribu-ribu kitaran, kata Ji. Walau bagaimanapun, setakat ini, kehidupan kitaran telah dibatasi oleh prestasi pembalikan miskin anod zink. Semasa mengecas, JI menerangkan, kation zink dalam elektron mendapat elektrolit dan disalut di permukaan anod. Semasa pelepasan, anod bersalut menyerahkan elektron untuk beban kerja dengan dibubarkan ke dalam elektrolit.
[Proses penyaduran zink dan pembubaran ini sering tidak dapat dipulihkan, "kata Ji.
Kecekapan Coulombic, atau CE, adalah ukuran seberapa baik elektron dipindahkan dalam bateri, nisbah jumlah caj yang diekstrak dari bateri ke cas yang dimasukkan ke dalam kitaran penuh. Bateri lithium-ion boleh mempunyai CE melebihi 99%.
Elektrolit baru yang dibangunkan oleh JI dan kolaborator termasuk saintis di Massachusetts Institute of Technology, Penn State dan University of California, Riverside, membolehkan CE sebanyak 99.95%.
[Cabaran utama dengan bateri zink ialah zink bertindak balas dengan air dalam elektrolit untuk menghasilkan gas hidrogen dalam apa yang disebut reaksi evolusi hidrogen, "kata Ji. [Reaksi parasit ini menyebabkan kehidupan kitaran pendek dan juga bahaya keselamatan yang berpotensi. "
Walau bagaimanapun, elektrolit baru menyekat kereaktifan air dan hampir menutup tindak balas evolusi hidrogen dengan membentuk [lapisan passivasi "pada permukaan anod. 1990 -an. JI kredit OSU Kimia Kolej Chong Fang untuk mengungkap struktur atom elektrolit dengan menggunakan spektroskopi Femtosecond Raman dan Alex Greaney di UC Riverside untuk menentukan mekanisme passivation.
[Juga, perlu diperhatikan bahawa kecekapan yang kita ukur adalah di bawah keadaan yang keras yang tidak menutup sebarang kerosakan yang disebabkan oleh tindak balas evolusi hidrogen, "tambah Ji. Penyimpanan grid berskala besar. "
OSU Kyriakos Stylianou turut mengambil bahagian dalam penyelidikan ini, yang disokong oleh Yayasan Sains Kebangsaan dan Jabatan Tenaga AS.
