Met de opmars van hernieuwbare energie op netschaal, veel wetenschappers hebben hun aandacht verlegd van energieopwekking naar energieopslag. Of het nu gaat om zonnecellen die zonlicht omzetten in stroom, of windmolens die luchtstromen omzetten in elektrische stromen, de bronnen van hernieuwbare energieopwekking zijn inherent variabel.

Uitzonderlijk bewolkte of rustige dagen kunnen merkbare schommelingen veroorzaken in het vermogen van hernieuwbare bronnen. Een belangrijke hindernis voor hernieuwbare energie op netschaal is hoe deze vaak intermitterende energiebronnen efficiënt kunnen worden opgeslagen voor later, meer gelijkmatig verdeeld gebruik.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Cui Guanglei en Zhao Jingwen van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT), De Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) is een stap dichter bij het oplossen van dit opslagprobleem.

Het team heeft zich gericht op op zinkanode en grafietkathode gebaseerde Dual-ion-batterijen (DIB's) vanwege hun lage kosten en hoogspanningscapaciteiten, waardoor ze een geweldige kandidaat zijn voor grote, opslagapparaten op rasterschaal. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie op 18 augustus.

Bij deze batterijen Zn-afzetting vindt plaats op een Zn-anode tijdens het laadproces, terwijl negatief geladen anionen zich in de grafietkathode weven, waardoor energieopslag voor later gebruik mogelijk is, een proces dat intercalatie wordt genoemd. Zink/Grafiet batterijen, echter, heb wel een vangst.

"Helaas, anionen die vaak voor grafietintercalatiereacties worden gebruikt, kunnen een complex vormen met carbonaat in de elektrolyt. Dit vermindert de oxidatiestabiliteit van carbonaat en voorkomt de ontwikkeling van DIB's met een hoog rendement, lage zelfontlading en lange houdbaarheid, ' zegt Cui.

Eigenlijk, de elektrolyten die worden gebruikt om lading door de batterij over te dragen, zouden oxidatieve ontleding ondergaan in hoogspanningsgebieden, het verminderen van de efficiëntie en de levensduur van de batterij. Dit is een essentieel probleem dat moet worden opgelost voordat dit type batterij wordt toegepast op grootschalige energieopslag.

De benadering van de groep verbeterde de oxidatiestabiliteit van op carbonaat gebaseerde elektrolyten door de anionsolvatatiestructuur af te stemmen. Door een sterk elektronendonerend trimethylfosfaat (TMP) oplosmiddel te introduceren, het team was in staat om de anionen in het TMP-solvatieregime op te vangen en de anionen te ontkoppelen van het carbonaatoplosmiddel.

Bijgevolg, de bedrijfsspanning van de zink-/grafietbatterijen werd met 0,45 V verhoogd en maakte tegelijkertijd een lange levensduur mogelijk (92% capaciteitsbehoud na 1000 cycli). Dit kan niet alleen de levensduur van zink-/grafietbatterijen verlengen, maar vergroot ook de capaciteit van anion-intercalatie in grafiet. De auteurs benadrukten dat "een diep begrip en regulering van de anionsolvatatiestructuur essentieel is."

"Hier, we herwinnen de anti-oxidatieve aard van op carbonaat gebaseerde elektrolyten om hoogspannings-zink-/grafietcellen te ondersteunen, door de intermoleculaire, d.w.z., ion-oplosmiddel en ion-ion, interacties, ' zei Cui.

Hun toekomstige werk zal gericht zijn op het verhogen van de energiedichtheid, het onderdrukken van het zelfontladingsgedrag en het verlagen van de kosten van de elektrolyt voor zink/grafietbatterijen. Het uiteindelijke doel is om de zink/grafietbatterij te commercialiseren in energieopslag op netschaal.