Uusia toiveita sinkki-ilma akuille

TU Darmstadtin tutkijat ovat onnistuneet parantamaan merkittävästi vesipitoisten sinkki-ilma- akkujen tehokkuutta ja latausominaisuuksia.

Professori Schneiderin epäorgaanisen kemian työryhmä kehitti ongelmaan täysin uuden lähestymistavan: metallianodien ja katodien sijaan tutkijat suorittavat lataus- ja purkuprosessin suoraan homogeenisesta elektrolyyttiliuoksesta.

Elektrolyytti on olennainen osa jokaista akkua ja toimii uudessa konseptissa yhtäältä johtavana väliaineena ja toisaalta lähteenä sinkkianodin kerrostumille ja liukenemiselle. "Saostamalla ja liuottamalla aktiivisen metallisinkin suoraan liuoksesta nanorakenteiselle (VACNT) hiilielektrodille, käynnistämme paradigman muutoksen", sanoo Daniel Deckenbach tutkimusryhmästä. "Olemme siis onnistuneet kehittämään toimivia ja tehokkaita ladattavia sinkki-ilma-akkuja."

Uuden tekniikan avulla nämä anodittomat akut voidaan ladata yli 200 kertaa korkealla suorituskyvyllä ja energiatiheydellä.

"Koska akkukennon käyttämiseen ei tarvita metallielektrodeja ja vain vähän kemiallisia aineita, tehokkuus kasvaa merkittävästi ja saavutamme valtavia painosäästöjä verrattuna aikaisempiin sinkki-ilma varastointijärjestelmiin", korostaa Schneider.

"Uudelleenladattavuus alhaisella järjestelmän painolla ja korkealla resurssitehokkuudella ovat kehitystyömme keskeiset edut."

Ryhmä tutkijoita Hunanin yliopistosta, University College Londonista ja Oxfordin yliopistosta on luonut ei-jalometallisen typpi-hiili-katalysaattorin raudasta, koboltista ja nikkelistä parantaakseen sinkki-ilma-akkujen (ZAB) latausta, purkamista ja kustannustehokkuutta.

Lisäksi tiimi optimoi myös joustavan hiilipiste-/polyvinyylialkoholikalvon (CD/PVA) kiinteärakenteiseksi ZAB-elektrolyytiksi tai akkukomponentiksi, joka siirtää varattuja atomeja ja luo joustavan ja vakaan korkean suorituskyvyn akun.

Tämän tyyppisissä sinkki-ilma akuissa hyödynnetään käytön ja latauksen aikana hapen pelkistys- (ORR) ja kehitysreaktioita (OER). Ne vaativat katalyyttejä, jotka nopeuttavat sähkökemiallista reaktiota. Jalometallit pystyvät nopeuttamaan näitä reaktioita mutta ne ovat kalliita ja kahden erilaisen jalometallin vaatimus rajoittaa ZAB-tekniikan yleistä käytännöllisyyttä.

"Edullisten ja tehokkaiden bifunktionaalisten ei-jalometallisten sähkökatalysaattoreiden kehittäminen on ratkaisevan tärkeää ladattavien ZAB:ien kaupallistamiselle. Erilaisten ei-jalokatalyyttien joukossa metalli-typpi-hiili (MNC) -nanomateriaalit ovat herättäneet erityistä huomiota edullisen hintansa, runsaiden varojensa, erinomainen sähkökemiallinen aktiivisuutensa ja korkea vakauden vuoksi", toteaa tohtori Li.

Näiden tutkijoiden kehittämä kolmiosainen Fe-Co-Ni-elektrokatalyytti suoriutui paremmin hapen pelkistys- ja kehitysreaktioissa kuin bimetallisähkökatalyyttit (FeNi, FeCo ja CoNi) sekä platina ja ruteeni.

Tutkijat ovatkin toiveikkaita, että heidän kolmikomponenttinen Fe-Co-Ni-elektrokatalyyttinsä ja CD/PVA-elektrolyyttinsä vauhdittavat tutkimuksia uusista katalyytteistä ja elektrolyyttistä käytännöllisille, korkean suorituskyvyn ZAB-tekniikoille.

Aiheesta aiemmin:

Kohti tehokasta anoditonta natriumakkua

Tehdä sähköä metallista ja ilmasta

Hiilinanoputkia ja atomeja energian varastoinnille