Baterie litowo-jonowe to absolutny standard i punkt odniesienia w dziedzinie magazynowania energii. Ale badacze nie ustają w poszukiwaniach ogniw, które zapewniałyby co najmniej zbliżone parametry pracy przy znacznie niższych kosztach produkcji. Jednym z obiecujących pierwiastków jest cynk (Zn).
Baterie Zn-x są i będą bardzo tanie. Tylko muszą dawać się ładować
Złoża cynku rozsiane są po całym świecie, znajdziemy je również w Polsce – jako społeczeństwo eksploatowaliśmy je od XII (!) wieku do końca 2020 roku. Cynk jest metalem tanim i łatwiejszym w pozyskaniu niż lit, ze względu na jego przydatność w przemyśle światowe wydobycie liczy się w milionach (12,9 mln. w 2019), a nie dziesiątkach tysięcy ton (82 tys. w 2020), jak to ma miejsce przy licie. W dodatku cynk stanowi bazę do ogniw od XIX wieku, w ogniwach jednorazowego użytku stosowany jest do dziś (np. ogniwa alkaliczne oparte na cynku i tlenku manganu).
Problemem jest zmuszenie ogniw cynkowych do co najmniej kilkuset cykli pracy przy utrzymaniu zaplanowanej pojemności. Proces ładowania baterii z cynkową anodą powoduje nieregularne odkładanie się atomów metalu na elektrodzie, my znamy go pod nazwą wzrostu dendrytów. Dendryty rosną tak długo, aż przebijają separatory, docierają do drugiej elektrody, powodują zwarcie i śmierć ogniwa.
W maju 2021 roku pojawiła się praca naukowa, w której opisano zachowanie się ogniwa z elektrolitem wzbogaconym o sole fluoru. Sole reagowały z cynkiem na powierzchni anody tworząc fluorek cynku. Warstwa związku była przepuszczalna dla jonów, ale blokowała dendryty. Tak zabezpieczone ogniwo jednak niezbyt chętnie oddawało ładunek (miało duży opór wewnętrzny, źródło).
Potencjalny sposób na zwiększenie jego reaktywności opisano w innej pracy naukowej, w której zajmowano się katodami ogniw cynkowych zbudowanymi w oparciu o miedź, fosfor i siarkę. Efekty? Podczas gdy standardowe ogniwo cynkowe oferuje gęstość energii wynoszącą do 0,075 kWh/kg, o tyle najnowsze ogniwa cynkowo-powietrzne (Zn-air) z nowymi katodami obiecują 0,46 kWh/kg. W przeciwieństwie do dotychczasowych ogniw Zn-air, które generalnie były jednorazowe, te powinny wytrzymać tysiące cykli pracy, czyli nadawać się do zastosowań przemysłowych (źródło).
Gdyby udało się połączyć wszystkie odkrycia, potwierdzić ich parametry i przeskalować produkcję, ogniwa cynkowe mogłyby w przyszłości stanowić bazę dla tanich magazynów energii.
Zdjęcie otwierające: ogniwo cynkowe („bateria alkaliczna”) wielokrotnego użytku. W zależności od głębokości rozładowania może wytrzymać od kilku do kilkuset cykli pracy (c) Lukas A CZE
Nota od redakcji www.elektrowoz.pl: ogniwa cynkowo-powietrzne nazywa się w angielskojęzycznej literaturze ogniwami paliwowymi, ponieważ pobierają one tlen z powietrza. Z naszego punktu widzenia nie ma to większego znaczenia, jeśli proces jest odwracalny, tj. ogniwa da się wielokrotnie ładować i rozładowywać.
