Батарея из цинка и лигнина, которую можно использовать более 8000 раз, была разработана исследователями из Университета Линчёпинга (Linköping University), Швеция, с целью обеспечить дешевое и устойчивое аккумуляторное решение для стран, где доступ к электричеству ограничен. Исследование опубликовано в журнале Energy & Environmental Materials.
«Солнечные панели стали относительно недорогими, и многие люди в странах с низким уровнем дохода перешли на них. Однако вблизи экватора солнце садится около 6 часов вечера, оставляя домохозяйства и предприятия без электричества. Есть надежда, что эта технология аккумуляторов, даже с более низкой производительностью, чем у дорогих литий-ионных аккумуляторов, в конечном итоге предложит решение для таких ситуаций», — говорит Реверант Криспин (Reverant Crispin), профессор органической электроники в Университете Линчёпинга (Linköping University).
Его исследовательская группа в Лаборатории органической электроники совместно с исследователями из Университета Карлстада (Karlstad University) и Чалмерса (Chalmers) разработала батарею на основе цинка и лигнина, двух экономичных и экологически чистых материалов. По плотности энергии он сравним со свинцово-кислотными аккумуляторами, но без свинца, который токсичен.
Аккумулятор стабилен, так как его можно использовать в течение 8 000 циклов, сохраняя при этом около 80% своей производительности. Кроме того, аккумулятор сохраняет заряд примерно в течение одной недели, что значительно дольше, чем другие аналогичные батареи на основе цинка, которые разряжаются всего за несколько часов.
Несмотря на то, что батареи на основе цинка уже представлены на рынке, в основном в виде неперезаряжаемых батарей, они, по прогнозам, будут дополнять, а в некоторых случаях и заменять литий-ионные батареи в долгосрочной перспективе, когда функция перезаряжаемости будет должным образом введена.
«Хотя литий-ионные батареи полезны при правильном обращении, они могут быть взрывоопасными, сложными для переработки и проблематичными с точки зрения окружающей среды и прав человека при извлечении определенных элементов, таких как кобальт. Таким образом, наша экологичная батарея предлагает многообещающую альтернативу там, где плотность энергии не имеет решающего значения», — говорит Зияуддин Хан (Ziyauddin Khan), научный сотрудник Лаборатории органической электроники в LiU.
Проблема с цинковыми батареями в первую очередь заключалась в низкой долговечности из-за реакции цинка с водой в растворе электролита батареи. Эта реакция приводит к образованию газообразного водорода и росту дендритов цинка, что делает батарею практически непригодной для использования.
Для стабилизации цинка используется вещество, называемое электролитом воды в полимерной соли на основе полиакрилата калия (WiPSE). Исследователи из Линчёпинга (Linköping) продемонстрировали, что при использовании WiPSE в батарее, содержащей цинк и лигнин, стабильность очень высока.
«И цинк, и лигнин очень дешевы, а аккумулятор легко перерабатывается. И если вы посчитаете стоимость цикла использования, это станет чрезвычайно дешевым аккумулятором по сравнению с литий-ионными батареями», — говорит Хан (Khan).
В настоящее время батареи, разработанные в лаборатории, имеют небольшие размеры. Тем не менее, исследователи считают, что они могут создавать большие батареи, размером примерно с автомобильный аккумулятор, благодаря большому количеству, как лигнина, так и цинка по низкой цене. Однако массовое производство потребовало бы участия компании.
Криспин (Crispin) утверждает, что позиция Швеции как инновационной страны позволяет ей помогать другим странам в принятии более устойчивых альтернатив.
«Мы считаем своим долгом помочь странам с низким уровнем дохода избежать тех же ошибок, что и мы. Когда они строят свою инфраструктуру, они должны сразу же начать с зеленых технологий. Если будут внедрены неустойчивые технологии, ими будут пользоваться миллиарды людей, что приведет к климатической катастрофе», — говорит Криспин (Crispin).
Авторы статьи: Linköping University
Источник: https://techxplore.com/news/2024-05-swedish-eco-friendly-battery-income.html
