Volle Kraft voraus bei der Entwicklung nachhaltiger Zink-Jod-Batterien
Biologisch abbaubare Oligosaccharide lösen zentrales Problem
Anzeigen
Während die rasant steigende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien die Preise in die Höhe treibt, machen Experten der Flinders University Fortschritte bei der Entwicklung einer sicheren und nachhaltigeren wiederaufladbaren wässrigen Zink-Iod-Batterie.
In ihrer neuesten Studie, die in der renommierten internationalen Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ veröffentlicht wurde, hat das Forschungsteam der Flinders University eine wässrige Zink-Ionen-Batterie (AZIB) entwickelt, die über 60.000 Lade- und Entladezyklen hinweg eingesetzt werden kann.
„Wiederladbare wässrige Zink-Iod-Batterien entwickeln sich zu einer praktikablen Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien für die großtechnische Energiespeicherung, und unsere Gruppe arbeitet nun mit der Industrie zusammen, um eine Prototypenplattform für dieses Batteriesystem zu etablieren“, sagt Zhongfan Jia, außerordentlicher Professor für Chemie und Matthew-Flinders-Stipendiat am College of Science and Engineering der Flinders University.
Iod gehört zu den einfachsten Molekülen, die reversible elektrochemische Reaktionen zeigen, und kann eine theoretische elektrische Ladekapazität von 211 mAh/g (Milliampere-Stunden pro Gramm) bereitstellen. Eine große Herausforderung für diese aufstrebende Batterietechnologie besteht jedoch darin, zu verhindern, dass Polyiod-Spezies den Separator durchdringen.
Das System des Teams der Flinders University basiert auf einem kostengünstigen organischen Polymer-Wirtsmaterial auf Cyclodextrin-Basis, das Polyhalogenide in AZIBs, die bei 1,3 bis 1,4 Volt (V) betrieben werden können und eine Kapazität von 200 mAh/g über 8.000 Zyklen bei einer vollständigen Aufladung in sieben Minuten oder 150 mAh/g über 60.000 Zyklen bei einer vollständigen Aufladung in nur drei Minuten aufweisen.
Cyclodextrine sind eine Familie zyklischer Oligosaccharide, die durch enzymatische Umwandlung aus Stärke hergestellt werden. Cyclodextrine finden breite Anwendung in Lebensmitteln, Pharmazeutika und Kosmetika, und ihre einzigartige hydrophile Außenhülle sowie ihr hydrophober innerer Hohlraum machen sie ideal für die Einkapselung von Polyiodiden. Die neuartige Wirts-Gast-Chemie verhindert den Shuttle-Effekt von Polyiodid-Spezies.
„Dieses System bietet einen neuen Ansatz zur Eindämmung des Polyiodid-Shuttling-Effekts durch den Einsatz von Polymeren, die aus kostengünstigen, biologisch abbaubaren Oligosacchariden gewonnen werden, und ermöglicht so nachhaltige und langlebige wässrige Zink-Jod-Batterien“, sagt Associate Professor Jia.
Die steigende Nachfrage und der zunehmende Verbrauch von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) – von Elektrofahrzeugen bis hin zu tragbaren elektronischen Geräten – haben zu Ressourcenengpässen, kostspieligen Versorgungsproblemen und erheblichen Schwierigkeiten bei der Abfallverwertung geführt. Australien produziert jährlich etwa 3.300 Tonnen LIB-Batterieabfälle, deren Menge bis 2036 voraussichtlich auf über 136.000 Tonnen ansteigen wird.
AZIBs verwenden in der Regel Zinkmetall, und Australien verfügt über die weltweit größten bekannten Zinkreserven und -ressourcen, die 20 % bis 28 % der globalen Gesamtmenge ausmachen.
„Als weltweit führender Produzent und Exporteur können wir diese Zinkressourcen für sicherere Energiespeicher nutzen, was für die Energieerzeugung in Australien von großer Bedeutung ist“, sagt der erste Mitautor Shangxu Jiang, Doktorand am Jia Lab der Flinders University, das sich mit nachhaltigen Polymeren für Energie und Umwelt befasst.
Der zweite Erstautor, Zhipeng Pei, entwickelte gemeinsam mit der leitenden Mitautorin, Professorin Michelle Coote von der Flinders University, die computergestützte Modellierung zur Unterstützung dieses Projekts.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Verwandte Inhalte finden Sie in den Themenwelten
Themenwelt Batterietechnik
Die Themenwelt Batterietechnik bündelt relevantes Wissen in einzigartiger Weise. Hier finden Sie alles über Anbieter und deren Produkte, Webinare, Whitepaper, Kataloge und Broschüren.
Themenwelt Batterietechnik
Die Themenwelt Batterietechnik bündelt relevantes Wissen in einzigartiger Weise. Hier finden Sie alles über Anbieter und deren Produkte, Webinare, Whitepaper, Kataloge und Broschüren.