Йод относится к числу простейших молекул, способных к обратимым электрохимическим реакциям, и теоретически может обеспечить удельную емкость 211 мА·ч/г. Однако у этой перспективной аккумуляторной технологии есть проблема — полийодиды, промежуточные продукты реакции, проходя через сепаратор, смешиваются с анодом и снижают эффективность батареи. Команда ученых из Университета Флиндерс решила его с помощью органического полимера на основе циклодекстрина — низкозатратного, биоразлагаемого материала, который получают из крахмала.
Циклодекстрины — это кольцевые олигосахариды, которые часто используют в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности, сообщает Tecgxplore. Их молекула похожа на усеченный конус: внешняя поверхность гидрофильная (притягивает воду), а внутренняя полость — гидрофобная. Эта полость идеально подходит для «захвата» полийодидов: они попадают внутрь и удерживаются там за счет молекулярных взаимодействий, не давая им перейти через сепаратор.
В цинк-ионных аккумуляторах обычно используется металлический цинк, а Австралия обладает крупнейшими в мире известными запасами этого металла, на долю которых приходится от 20% до 28% общемирового объема. Разработчики предлагают использовать этот потенциал для производства более безопасных и долговечных батарей.
Батарея с циклодекстириновой ловушкой может работать при напряжении 1,3–1,4 В. При полной зарядке за 7 минут она сохраняет емкость около 200 мА·ч/г в течение 8000 циклов. При сверхбыстрой зарядке за 3 минуты — 150 мА·г/ч в течение 60 000 циклов.
Для сравнения: промышленные литий-ионные батареи выдерживают обычно 500–1000 циклов полной зарядки-разрядки. Более 60 000 циклов — это огромный запас прочности, позволяющий использовать такие батареи в стационарных накопителях энергии на протяжении десятилетий.
Китайские исследователи разработали прочный гель на основе растительной целлюлозы, который решает ключевую проблему водных цинк-ионных батарей — образование дендритов, кристаллических отростков, которые прорастают сквозь внутреннюю мембрану и вызывают короткое замыкание. Новый гель создает среду, которая предотвращает этот опасный процесс.
