Een op zink gebaseerde batterij die een hoge spanning en een aanzienlijke energiecapaciteit levert, zou kunnen concurreren met conventionele lithium-ionbatterijen, A * STAR-onderzoekers hebben gevonden.

De toename van elektrische voertuigen en hernieuwbare energiebronnen stimuleert de vraag naar oplaadbare batterijen die grote hoeveelheden energie veilig opslaan en leveren, efficiënt en goedkoop. Op zink gebaseerde batterijen bieden enkele belangrijke voordelen ten opzichte van lithium-ion, inclusief lage kosten en niet-ontvlambaarheid. kilo per kilo, zink-luchtbatterijen kunnen mogelijk vijf keer meer energie opslaan dan lithium-ion, terwijl zink-nikkelbatterijen relatief hoge spanningen produceren (mogelijk nuttig omdat er minder batterijen nodig zijn om een ​​apparaat van stroom te voorzien). Toch hebben zinkbatterijen ook de neiging om hun energieopslagcapaciteit al na een paar honderd oplaadcycli te verliezen, en nog geen enkele zinkbatterij heeft zowel een behoorlijke spanning van meer dan 1,5 volt als een hoge energieopslagcapaciteit gecombineerd.

Yun Zong en Zhaolin Liu van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en collega's hebben nu een hybride zinkbatterij ontwikkeld die het beste van zink-lucht- en zink-nikkeltechnologieën combineert, meer dan 5 voltooien, 000 laadcycli zonder prestatieverlies. De batterij heeft een zinkanode, terwijl de kathode is gebaseerd op een met koolstof gecoat nikkelschuim bedekt met nanodraden van nikkel-kobaltoxide. De vloeibare elektrolyt tussen de elektroden bevat hydroxide-anionen opgelost in water.

Een belangrijke reden voor de uitstekende prestaties van de batterij is dat de kathode op twee verschillende manieren werkt tijdens het opladen en ontladen. Wanneer de batterij wordt opgeladen, hydroxide-ionen uit de elektrolyt reageren met metaaloxiden in de kathode om oxyhydroxideverbindingen te produceren, elektronen vrijmaken. Maar de metalen in de kathode werken ook als katalysator, het combineren van hydroxide-anionen om zuurstof te produceren, water, en meer elektronen. Deze elektronen stromen door het circuit naar de anode, waar ze combineren met zinkionen in de elektrolyt om zinkmetaal te produceren. Tijdens het lossen, deze elektrochemische processen worden omgekeerd.

De accu heeft een stabiele tweetraps ontlaadspanning tussen 1,75 en 1,0 volt, en behield zijn prestaties gedurende drie maanden continu testen, veel beter dan eerdere zinkbatterijen. Zong schat dat de batterij ongeveer 270 Wattuur per kilogram kan opslaan, met verbeterpotentieel. "Dit is al vergelijkbaar met lithium-ionbatterijen die op de markt verkrijgbaar zijn, " hij zegt.

De twee chemische processen aan de kathode produceren verschillende spanningen, wat een voordeel kan zijn voor toepassingen die in eerste instantie een hogere spanning vereisen, zoals onbemande luchtvaartuigen die een energieboost nodig hebben om in de lucht te komen en vervolgens een lagere spanning om hun vlucht te ondersteunen. Het team hoopt nu de levensduur van de batterij te verbeteren, misschien door een poreuze zinkanode te gebruiken, en om de capaciteit van het zink-nikkelgedeelte van de batterij te vergroten.