Eine neue trockene Elektrode für wässrige Batterien liefert Kathoden mit mehr als doppelter Leistung von Jod- und Lithium-Ionen-Batterien

Forscher der Universität von Adelaide haben eine neue Trockenelektrode -Technik für Zink -Iod -Batterien entwickelt, die die traditionelle Mischung von Jod vermeidet.

Researchers at the University of Adelaide have developed a new dry electrode for aqueous batteries which delivers cathodes with more than double the performance of iodine and lithium-ion batteries.

Forscher der Universität von Adelaide haben eine neue trockene Elektrode für wässrige Batterien entwickelt, die Kathoden mit mehr als doppelt so doppelter Leistung von Jod- und Lithium-Ionen-Batterien liefert.

The team, led by Professor Shizhang Qiao, Chair of Nanotechnology, and Director, Centre for Materials in Energy and Catalysis, at the School of Chemical Engineering, has published their results in the journal Joule.

Das Team unter der Leitung von Professor Shizhang Qiao, Vorsitzender von Nanotechnologie, und Direktor des Direktors für Materialien und Katalyse an der School of Chemical Engineering, hat ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Joule veröffentlicht.

Aqueous zinc–iodine batteries offer unparalleled safety, sustainability, and cost advantages for grid-scale storage, but they suffer from performance issues compared to lithium-ion batteries.

Wässrige Zink-Iod-Batterien bieten beispiellose Sicherheit, Nachhaltigkeit und Kostenvorteile für die Lagerung im Netzmaßstab, leiden jedoch im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien unter Leistungsproblemen.

The researchers devised a simple yet effective strategy to achieve high-energy, long-life zinc–iodine batteries. They mixed active materials as dry powders and rolled them into thick, self-supporting electrodes.

Die Forscher entwickelten eine einfache, aber wirksame Strategie, um hochwertige Zink-Iod-Batterien mit langer Lebensdauer zu erreichen. Sie mischten aktive Materialien als trockene Pulver und rollten sie in dicke, selbsttragende Elektroden.

At the same time, they added a small amount of a simple chemical, called 1,3,5-trioxane, to the electrolyte, which turns into a flexible protective film on the zinc surface during charging. This film keeps zinc from forming sharp dendrites that can short the battery.

Gleichzeitig fügten sie dem Elektrolyten eine kleine Menge einer einfachen Chemikalie hinzu, die als 1,3,5-Trioxan bezeichnet wird und während des Ladens in einen flexiblen Schutzfilm auf der Zinkoberfläche wird. Dieser Film verhindert, dass Zink scharfe Dendriten bildet, die die Batterie kurz machen können.

The new technique for electrode preparation resulted in record-high loading of 100 mg of active material per cm2. After charging the pouch cells that use the new electrodes, they retained 88.6 per cent of their capacity after 750 cycles and coin cells kept nearly 99.8 per cent capacity after 500 cycles.

Die neue Technik für die Elektrodenvorbereitung führte zu einer Aufzeichnungsbelastung von 100 mg aktivem Material pro CM2. Nachdem sie die Beutelzellen geladen hatten, die die neuen Elektroden verwenden, behielten sie 88,6 Prozent ihrer Kapazität nach 750 Zyklen und Münzzellen nach 500 Zyklen fast 99,8 Prozent auf.

The researchers directly observed how the protective film forms on the zinc by using synchrotron infrared measurements.

Die Forscher beobachteten direkt, wie sich der Schutzfilm auf dem Zink unter Verwendung von Synchrotron -Infrarotmessungen bildet.

This work paves the way for the development of next-generation metal–halogen batteries with superior performance and energy density.

Diese Arbeit ebnet den Weg für die Entwicklung von Metall-Halogen-Batterien der nächsten Generation mit überlegener Leistung und Energiedichte.

“We have developed a new electrode technique for zinc–iodine batteries that avoids traditional wet mixing of iodine,” said Professor Qiao.

„Wir haben eine neue Elektrodentechnik für Zink -Iod -Batterien entwickelt, die die traditionelle Mischung von Jod vermeidet“, sagte Professor Qiao.

“We mixed active materials as dry powders and rolled them into thick, self-supporting electrodes.

„Wir haben aktive Materialien als trockene Pulver gemischt und sie in dicke, selbsttragende Elektroden gerollt.

“At the same time, we added a small amount of a simple chemical, called 1,3,5-trioxane, to the electrolyte, which turns into a flexible protective film on the zinc surface during charging.

„Gleichzeitig haben wir dem Elektrolyten eine kleine Menge einer einfachen Chemikalie, die als 1,3,5-Trioxan bezeichnet wird, zum Elektrolyten hinzugefügt, was sich während des Ladens in einen flexiblen Schutzfilm auf der Zinkoberfläche verwandelt.

“This film keeps zinc from forming sharp dendrites – needle-like structures that can form on the surface of the zinc anode during charging and discharging – that can short the battery.”

„Dieser Film verhindert, dass Zink scharfe Dendriten bildet-nadelähnliche Strukturen, die sich auf der Oberfläche der Zinkanode während des Lades und Abladung bilden können-, die die Batterie kurz vornehmen können.“

There are several advantages of the team’s invention over existing battery technology:

Die Erfindung des Teams gegenüber der vorhandenen Batterie -Technologie gibt mehrere Vorteile:

* The new technology will benefit energy storage providers – especially for renewable integration and grid balancing – who will gain lower-cost, safer, long-lasting batteries.

* Die neue Technologie wird den Energiespeicheranbietern zugute kommen-insbesondere für erneuerbare Integration und Rasterausgleich-, die niedrigere, sicherere, lang anhaltende Batterien erhalten.

* Industries needing large, stable energy banks, for example, utilities and microgrids, could adopt this technology sooner.

* Branchen, die große, stabile Energiebanken benötigen, z. B. Versorgungsunternehmen und Mikrogrids, könnten diese Technologie früher übernehmen.

The team has plans to develop the technology further to expand its capabilities.

Das Team plant, die Technologie weiter zu entwickeln, um seine Fähigkeiten zu erweitern.

“Production of the electrodes could be scaled up by using to reel-to-reel manufacturing,” said Professor Qiao.

"Die Produktion der Elektroden könnte durch die Herstellung von Rollen zu Reel-Rollen vergrößert werden", sagte Professor Qiao.

“By optimising lighter current collectors and reducing excess electrolyte, the overall system energy density could be doubled from around 45 watt-hours per kilogram (Wh kg−1) to around 90 Wh kg−1.

„Durch die Optimierung leichterer Stromsammler und die Reduzierung des überschüssigen Elektrolytes könnte die Energiedichte des Gesamtsystems von rund 45 Wattstunden pro Kilogramm (wh kg-1) auf etwa 90 WH kg-1 verdoppelt werden.

“We will also test the performance of other halogen chemistries such as bromine systems, using the same dry-process approach.”

"Wir werden auch die Leistung anderer Halogenchemien wie Bromsysteme unter Verwendung desselben Trockenprozessansatzes testen."

The researchers hope that their invention will lead to the development of even better and more efficient batteries in the future.

Die Forscher hoffen, dass ihre Erfindung in Zukunft zur Entwicklung von noch besseren und effizienteren Batterien führen wird.