Jesper Bengtson
Australiska forskare har byggt ett vattenbaserat zink-jod-batteri som håller i över 60 000 laddcykler.
Bakom genombrottet står ett forskarlag vid Flinders University i Adelaide, som har använt ett polymermaterial från stärkelse för att lösa ett av teknikens största problem. Studien publicerades den 18 augusti i tidskriften Angewandte Chemie och kan enligt forskarna öppna dörren för ett billigare och säkrare alternativ till dagens litiumjonbatterier.
Batteriet klarar mer än 60 000 laddcykler vid en kapacitet på 150 mAh/g, med en full uppladdning på tre minuter. Vid högre kapacitet, 200 mAh/g, ligger livslängden på cirka 8 000 cykler och laddtiden på sju minuter. Nedbrytningen per cykel uppges vara mellan 0,0001 och 0,0003 procent, vilket är en av de lägsta siffror som redovisats för ett uppladdningsbart batteri i storleksklassen.
Vatten i stället för brandfarlig elektrolyt
Till skillnad från litiumjonbatterier använder konstruktionen en vattenbaserad elektrolyt. Det tar bort risken för de så kallade termiska rusningar som ligger bakom flera av de brandolyckor som drabbat elbilar och konsumentelektronik. Driftspänningen ligger på 1,3 till 1,4 volt.
Nyckeln till hållbarheten är ett polymerskikt baserat på cyklodextrin, en ringformad sockermolekyl som utvinns ur stärkelse. Materialet har en vattenvänlig utsida och en fettvänlig ficka i mitten som fångar in de polyjodid-föreningar som annars vandrar genom batteriet och successivt förstör det, en effekt som inom fältet kallas för ”shuttle effect”.
”Det här systemet erbjuder en ny metod för att dämpa polyjodid-vandringen genom att använda polymerer som utvinns från billiga, biologiskt nedbrytbara oligosackarider”, säger docent Zhongfan Jia, som lett arbetet vid Flinders University.
Australien vill använda sin egen zink
Forskargruppen pekar också på råvaruförsörjningen som ett strategiskt argument. Australien är en av världens största zinkproducenter, och doktoranden Shangxu Jiang, som är medförfattare till studien, beskriver det som en möjlighet att bygga en inhemsk energiindustri.
”Som en av världens ledande producenter och exportörer kan vi använda de här zinkresurserna för säkrare energilagring, vilket är viktigt för energitillverkning i Australien”, säger Jiang i pressmeddelandet.
Zink är dessutom betydligt vanligare och billigare än litium, kobolt och nickel, och kräver inte den storskaliga gruvbrytning som är kopplad till konfliktmineraler och miljöproblem i länder som Kongo.
Fortfarande en prototyp, inte hyllvara
Trots de spektakulära siffrorna är tekniken inte redo för konsumentmarknaden. Forskargruppen samarbetar nu med industrin för att bygga en prototypplattform, och när eller om cellerna kan skalas upp till elbils- eller nätlagringsformat är fortfarande en öppen fråga.
”Uppladdningsbara vattenbaserade zink-jod-batterier håller på att växa fram som ett gångbart alternativ till litiumjonbatterier för storskalig energilagring, och vår grupp arbetar nu med industrin för att etablera en prototypplattform för det här batterisystemet”, säger Zhongfan Jia.
För en genomsnittlig elbilsägare skulle 60 000 laddcykler i praktiken betyda att batteriet aldrig behöver bytas under bilens livslängd. De flesta av dagens litiumjonpaket börjar tappa märkbar kapacitet efter någonstans mellan 1 000 och 3 000 fulla cykler. Men innan den siffran betyder något i verkligheten måste tekniken bevisa sig i industriell skala, med rätt energidensitet och till en produktionskostnad som konkurrerar med dagens celler.
