Sursele de energie regenerabile, precum energia eoliană și solară, ar putea contribui la scăderea dependenței lumii de combustibilii fosili. Dar, mai întâi, companiile de energie electrică au nevoie de un mod sigur, rentabil de a stoca energia pentru o utilizare ulterioară.
Bateriile masive litiu-ion pot face treaba, dar suferă de probleme de siguranță și de disponibilitate limitată de litiu. Acum, cercetătorii care raportează în ACS ‘Nano Letters au realizat un prototip al unei baterii fără anod, pe bază de zinc, care utilizează materiale ieftine, abundente în mod natural.
Bateriile apoase pe bază de zinc au fost explorate anterior pentru stocarea energiei la scară din rețea datorită siguranței și densității lor ridicate de energie. În plus, materialele folosite pentru realizarea lor sunt abundente în mod natural. Cu toate acestea, bateriile reîncărcabile de zinc dezvoltate până acum au necesitat anoduri groși de metal zincat, care conțin un exces mare de zinc care crește costul.
De asemenea, anodii sunt predispuși la formarea de dendrite – proiecții cristaline de zinc metalic care se depun pe anod în timpul încărcării – care pot scurtcircuita bateria. Yunpei Zhu, Yi Cui și Husam Alshareef s-au întrebat dacă este cu adevărat nevoie de un anod de zinc. Inspirându-se din explorările anterioare ale bateriilor cu litiu și sodiu-metal „fără anod”, cercetătorii au decis să fabrice o baterie în care un catod bogat în zinc să fie singura sursă de placare a zincului pe un colector de curent de cupru. În bateria lor, cercetătorii au folosit un catod de dioxid de mangan pe care l-au pre-intercalat cu ioni de zinc, o soluție apoasă de electrolit de trifluormetansulfonat de zinc și un colector de curent din folie de cupru.
În timpul încărcării, metalul zincat este placat pe folia de cupru, iar în timpul descărcării metalul este dezlipit, eliberând electroni care alimentează bateria. Pentru a preveni formarea dendritelor, cercetătorii au acoperit colectorul de curent de cupru cu un strat de nanodiscuri de carbon. Acest strat a promovat placarea uniformă a zincului, prevenind astfel dendritele și a crescut eficiența placării și decupării zincului. Bateria a prezentat o eficiență ridicată, densitate de energie și stabilitate, păstrând 62,8% din capacitatea sa de stocare după 80 de cicluri de încărcare și descărcare.
Designul bateriei fără anod deschide noi direcții pentru utilizarea bateriilor apoase pe bază de zinc în sistemele de stocare a energiei, spun cercetătorii.