12/01/2021
Door Ad Spijkers
De zink-luchtbatterij wordt beschouwd als een aantrekkelijke energieopslagtechnologie van de toekomst. Maar tot nu toe kampt het batterijtype met chemische instabiliteit.
Met een innovatieve, niet-alkalische, waterige elektrolyt, heeft een onderzoeksteam aan het MEET Battery Research Center van de Westfälische Wilhelms-Universität Münster een nieuw type batterijchemie voor zink-luchtbatterijen ontwikkeld die hun eerdere technische zwakheden overwint.
De zink-luchtbatterij geldt als krachtig, milieuvriendelijk, veilig en tegelijkertijd goedkoop. Het is daarmee een aantrekkelijke energieopslagtechnologie voor de toekomst. Maar tot nu toe kampt de conventionele zink-luchtbatterij met een hoge mate van chemische instabiliteit. Parasitaire reacties veroorzaakt door de alkalische elektrolyt leiden tot elektrochemisch onomkeerbare schade.
Met een innovatieve, niet-alkalische, waterige elektrolyt, heeft een onderzoeksteam in Münster een nieuw type batterijchemie voor zink-luchtbatterijen ontwikkeld die hun eerdere technische zwakheden overwint. Bij het internationale onderzoeksproject waren ook onderzoekers van de Fudan University in Shanghai, de University of Science and Technology in Wuhan, de University of Maryland en het US Army Research Laboratory betrokken.
Kritieke parameters
De niet-alkalische elektrolyt brengt een voorheen onbekende omkeerbare zinkperoxide (ZnO2)/O2-chemie voor de zink-luchtbatterij met zich mee. In vergelijking met de conventionele, sterk alkalische elektrolyten heeft de waterige elektrolyt op basis van het zout van zinktrifluormethaansulfonaat verschillende voordelen. De zinkanode wordt efficiënter gebruikt dankzij zijn hogere chemische stabiliteit en elektrochemische omkeerbaarheid. Dit betekent dat de zink-luchtbatterijen 320 cycli en 1600 uur in de omgeving stabiel kunnen worden gebruikt.
De onderzoekers onderzochten systematisch de invloed van de ZnO2/O2-batterijchemie en de rol van het hydrofobe trifluormethaansulfonaat-anion met behulp van elektrochemische, analytische technieken en simulaties op meerdere schaal. De verhoogde energiedichtheid die in het proces werd geïdentificeerd, heeft nu het potentieel om te concurreren met de lithium-ionbatterij die momenteel de markt domineert.
Door zijn voordelen zoals milieuvriendelijkheid, hoge veiligheid en lage kosten vertegenwoordigt de zink-luchtbatterij een potentiële alternatieve batterijtechnologie. Maar voordat de technologie in de praktijk kan worden toegepast, is verder intensief onderzoek en optimalisatie nodig, aldus de onderzoekers.
Foto: Judith Kraft, WWU - MEET