Nieuwe zink-jodiumbatterij doorstaat 60.000 laadcycli en laadt razendsnel

In dit artikel:

Onderzoekers van Flinders University in Australië hebben een waterige zink-jodiumbatterij ontwikkeld die tijdens laboratoriumtests meer dan 60.000 laad- en ontlaadcycli doorstond. De batterij gebruikt goedkope en goed beschikbare grondstoffen en is door de waterige elektrolyt minder brandgevaarlijk dan veel lithium-ionbatterijen. Daardoor kan de technologie vooral interessant zijn voor grootschalige opslag van elektriciteit uit bijvoorbeeld zonne- en windparken.

Het belangrijkste probleem van zink-jodiumbatterijen is het zogenoemde shuttle-effect. Tijdens het laden en ontladen ontstaan polyjodiden die in de elektrolyt oplossen, door de separator bewegen en met de zinkanode reageren. Daardoor neemt de capaciteit geleidelijk af. De Australische onderzoekers brachten daarom een netwerk van polycyclodextrine aan. Dit zetmeelgebaseerde materiaal werkt als een moleculaire kooi: het houdt de jodiumverbindingen tijdelijk vast, maar laat ze wel deelnemen aan de noodzakelijke elektrochemische reacties.

Vooral een variant op basis van bèta-cyclodextrine bleek effectief. In een laboratoriumtest met een tweeelektronenreactie bleef de capaciteit na 60.000 cycli vrijwel gelijk: ongeveer 149 tegenover 148 mAh per gram. Bij een andere configuratie daalde de capaciteit van circa 250 naar 205 mAh per gram. De batterij presteerde bovendien bij hoge laad- en ontlaadsnelheden. Bij 34C bleef 175 mAh per gram beschikbaar, wat theoretisch neerkomt op een laad- of ontlaadtijd van minder dan twee minuten.

De resultaten zijn nog niet direct toepasbaar op grote batterijsystemen. Het onderzoek vond plaats met experimentele cellen onder gecontroleerde omstandigheden. Grotere pouchcellen met capaciteiten van 60 tot 300 mAh zijn wel getest; een exemplaar van 0,13 Ah behield na 1.000 cycli ongeveer 85 procent van zijn capaciteit. Na langdurige tests zagen de onderzoekers bovendien aantasting van de zinkanode en moet de hoeveelheid actief materiaal in praktische elektroden omhoog. Flinders University werkt daarom met industriële partners aan grotere prototypes om te onderzoeken of de laboratoriumprestaties bij opschaling behouden blijven.