Аккумулятор из цинка и древесины выдержит 8 000 циклов зарядки

Исследователи из Университета Линчёпинга (LiU), Швеция, создали небольшой образец долговечного цинк-лигнинового аккумулятора, но технологию можно масштабировать.


Преподобный Криспин, профессор органической электроники в LiU, сказал, что солнечные панели стали относительно недорогими, и многие люди в странах с низким доходом взяли их на вооружение. Однако вблизи экватора солнце заходит около 6 часов вечера, оставляя домохозяйства и предприятия без электричества. Поэтому доступные по цене аккумуляторы могли бы дополнить недостатки солнечной энергетики, будь они даже ниже по производительности, чем литий-ионные батареи.

Группа профессора Криспина совместно с исследователями из Карлстадского университета и Технического университета Чалмерса разработали аккумулятор на основе цинка и лигнина. Цинк — сравнительно недорогой металл. А лигнин (от латинского lignum, «древесина») — вещество, откладывающееся в растительных клетках в процессе их одревеснения. Это сложное полимерное соединение присутствует во многих растениях и некоторых водорослях, то есть это экологически чистый и очень доступный материал. По плотности энергии цинк-лигниновый аккумулятор сопоставим со свинцово-кислотными батареями, но без содержания свинца снимается вопрос высокой токсичности.

Созданный аккумулятор отличается долговечностью — его можно использовать в течение 8 000 циклов, сохраняя при этом около 80% производительности. Кроме того, новинка сохраняет заряд примерно одну неделю, что значительно дольше, чем аналоги на основе цинка, которые разряжаются всего за несколько часов.

Аккумуляторы на основе цинка уже известны на рынке, но в основном это одноразовые батареи, которые нельзя перезаряжать. Так что создатели многоразовой новинки надеются, что их изобретение сможет дополнить или даже заменить литий-ионные аккумуляторы.

Научный сотрудник LiU Зияуддин Хан добавил, что при всех достоинствах литий-ионные аккумуляторы могут быть взрывоопасными, а ещё их сложно перерабатывать ради извлечения наиболее ценных элементов, таких как кобальт.


— Зияуддин Хан.

Проблема давно известных цинковых аккумуляторов в первую очередь заключалась в коротком сроке службы из-за того, что в электролите цинк вступает в реакцию с водой. Химический процесс приводит к образованию газообразного водорода и дендритному (ветвистому) разрастанию цинка, что делает аккумулятор непригодным для использования.

Для стабилизации цинка пригодно вещество под названием «солевой электролит с водой в полимере» на основе полиакрилата калия, сокращённо — WiPSE. Исследователи из Линчёпинга убедились, что при использовании WiPSE в аккумуляторах с цинком и лигнином стабильность таких батарей очень высока.

Перечисляя преимущества предлагаемой технологии, Хан прибавил к дешевизне компонентов также то, что цинк-лигниновый аккумулятор легко перерабатывается. И если подсчитать себестоимость новшества с учётом долговременности использования, то по сравнению с литий-ионными аналогами получается чрезвычайно дешёвый накопитель энергии.

Разработанные в Швеции образцы пока невелики. Однако исследователи считают, что на основе их подхода вполне можно создавать большие аккумуляторы, размером примерно с автомобильный. Конечно, для массового производства потребуется участие достаточно крупного бизнеса.