Καθώς η παγκόσμια αναζήτηση για πιο ασφαλείς, φθηνές και φιλικές προς το περιβάλλον λύσεις αποθήκευσης ενέργειας εντείνεται, οι μπαταρίες ψευδαργύρου-ιωδίου (zinc-iodine batteries) αναδεικνύονται ως μία πολλά υποσχόμενη εναλλακτική. Πρόκειται για μια τεχνολογία που, θεωρητικά, συνδυάζει ιδανικά χαρακτηριστικά: αφθονία πρώτων υλών, χαμηλό κόστος παραγωγής, υψηλή ασφάλεια, και μειωμένο οικολογικό αποτύπωμα. Παρά τα πλεονεκτήματα, όμως, η μετάβασή τους από το εργαστήριο στη μαζική παραγωγή έχει καθυστερήσει λόγω τεχνικών δυσκολιών στην κατασκευή σταθερών και αποδοτικών ηλεκτροδίων.
Μια πρόσφατη μελέτη από το Πανεπιστήμιο της Αδελαΐδας στην Αυστραλία, σε συνεργασία με ερευνητές από το Kent State University των ΗΠΑ και δημοσιευμένη στο επιστημονικό περιοδικό Joule, έρχεται να δώσει νέα ώθηση στην τεχνολογική εξέλιξη των μπαταριών αυτών. Οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια καινοτόμο ξηρή μέθοδο κατασκευής ηλεκτροδίων για χρήση σε υδατικές μπαταρίες, επιτυγχάνοντας εξαιρετικές επιδόσεις: χωρητικότητα 15,8 mAh ανά τετραγωνικό εκατοστό και διατήρηση του 88,6% της αρχικής απόδοσης ακόμη και μετά από 750 πλήρεις κύκλους φόρτισης.
Ο βασικός μηχανισμός λειτουργίας των μπαταριών ψευδαργύρου-ιωδίου βασίζεται στην ηλεκτροχημική αντίδραση μεταξύ των δύο στοιχείων. Το ιώδιο στη λειτουργία της καθόδου μετατρέπεται σε ιόντα ιωδίου (I⁻) μέσω διαδικασίας αναγωγής, ενώ στην άνοδο ο ψευδάργυρος οξειδώνεται απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια και σχηματίζοντας ιόντα Zn²⁺. Αυτή η ανταλλαγή φορτίων αποτελεί τη θεμελιώδη αρχή του ενεργειακού τους κύκλου.
Η συγκεκριμένη τεχνολογία παρουσιάζει πλήθος πλεονεκτημάτων: οι πρώτες ύλες είναι φθηνές και διαθέσιμες, ο ηλεκτρολύτης είναι μη εύφλεκτος προσδίδοντας ασφάλεια, ενώ ο ψευδάργυρος εμφανίζει καλή χημική σταθερότητα σε συνθήκες περιβάλλοντος. Επιπλέον, η θεωρητική ενεργειακή πυκνότητα φτάνει τα 820 mAh ανά γραμμάριο ή 5.855 mAh ανά κυβικό εκατοστό, με χαμηλό ηλεκτροχημικό δυναμικό, χαρακτηριστικά ιδιαίτερα επιθυμητά για εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας.
Παρόλα αυτά, μέχρι πρόσφατα, η πρακτική κατασκευή αποτελεσματικών καθόδων παρουσίαζε σοβαρά προβλήματα. Οι παραδοσιακές μέθοδοι, οι οποίες βασίζονται σε υγρές διεργασίες, προκαλούν εξάτμιση του ιωδίου, οδηγούν σε χαμηλή συγκέντρωση ενεργού υλικού και χαλαρή δομή ηλεκτροδίου, ενώ ευνοούν τον σχηματισμό πολυιωδικών ενώσεων που επηρεάζουν αρνητικά τη σταθερότητα και την ενεργειακή απόδοση της μπαταρίας.
Ο καθηγητής Shizhang Qiao, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας στο Πανεπιστήμιο της Αδελαΐδας, εξηγεί ότι η νέα τεχνική επιτρέπει την αποφυγή των υγρών διαδικασιών:
Εργαστήκαμε με τα ενεργά υλικά σε ξηρή μορφή, τα συμπιέσαμε και δημιουργήσαμε παχιά και αυτοστηριζόμενα ηλεκτρόδια. Επιπλέον, προσθέσαμε μια μικρή ποσότητα 1,3,5-τριοξάνης στον ηλεκτρολύτη, η οποία κατά τη διάρκεια της φόρτισης σχηματίζει μια λεπτή, εύκαμπτη και προστατευτική μεμβράνη στην επιφάνεια του ψευδαργύρου.
Η συγκεκριμένη μεμβράνη αποτρέπει το σχηματισμό δενδριτών — μικροσκοπικών κρυσταλλικών δομών που αναπτύσσονται στην άνοδο και μπορούν να προκαλέσουν αστάθεια ή ακόμα και βραχυκυκλώματα στη μπαταρία. Με αυτή την προσέγγιση, οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν ηλεκτρόδια με υψηλό φορτίο ενεργού υλικού, φτάνοντας τα 100 mg/cm², επιτυγχάνοντας άμεσα βελτιωμένη απόδοση.
Η μελέτη αυτή φέρνει τις μπαταρίες ψευδαργύρου-ιωδίου ένα βήμα πιο κοντά στη βιομηχανική αξιοποίηση, ανοίγοντας τον δρόμο για μια νέα γενιά ενεργειακών συστημάτων που θα είναι ασφαλέστερα, οικονομικότερα και πιο φιλικά προς το περιβάλλον. Αν και η τεχνολογία βρίσκεται ακόμα στο στάδιο της εξέλιξης, τα πρώτα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά και δείχνουν ότι οι εναλλακτικές στο λιθίου μέλλον της αποθήκευσης ενέργειας είναι πιο ρεαλιστικές από ποτέ.
[via]
