水性電池用の新しい乾燥電極は、ヨウ素とリチウムイオンのバッテリーの性能を2倍以上のカソードで供給します

アデレード大学の研究者は、ヨウ素の従来の濡れた混合を回避する亜鉛とヨウ素電池の新しい乾燥電極技術を開発しました。

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.

アデレード大学の研究者は、ヨウ素とリチウムイオンの電池の2倍以上の性能を備えたカソードを供給する水性電池用の新しい乾燥電極を開発しました。

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.

ナノテクノロジーの議長であるShizhang Qiao教授と、化学工学部のエネルギーと触媒学の材料センターのディレクターが率いるチームは、Joule Joule誌に結果を発表しました。

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.

水性亜鉛 - ヨウ素バッテリーは、比類のない安全性、持続可能性、グリッドスケールのストレージのコストの利点を提供しますが、リチウムイオン電池と比較して性能の問題に悩まされています。

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.

研究者は、高エネルギーの長期的な亜鉛とヨウ素バッテリーを達成するためのシンプルで効果的な戦略を考案しました。それらは、活性材料を乾燥粉末と混合し、それらを厚い自立した電極に丸めました。

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.

同時に、1,3,5-トリオキサンと呼ばれる少量の単純な化学物質を電解質に追加し、充電中に亜鉛表面の柔軟な保護膜に変わりました。このフィルムは、亜鉛がバッテリーを短くすることができる鋭い樹状突起を形成するのを防ぎます。

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.

電極調製の新しい手法により、cm2あたり100 mgの活性材料の記録的な負荷が発生しました。新しい電極を使用するポーチセルを充電した後、750サイクル後に容量の88.6％を保持し、コインセルは500サイクル後に99.8％近く容量を維持しました。

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

研究者は、シンクロトロン赤外線測定を使用して、保護膜が亜鉛にどのように形成されるかを直接観察しました。

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

この作業は、優れた性能とエネルギー密度の次世代金属ハロゲンバッテリーの開発への道を開きます。

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

「私たちは、ヨウ素の従来の濡れた混合を回避する亜鉛とヨウ素バッテリーの新しい電極技術を開発しました」とQiao教授は言いました。

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

「私たちは活性材料を乾燥粉末と混合し、それらを厚い自立した電極に丸めました。

“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.

「同時に、1,3,5-トリオキサンと呼ばれる少量の単純な化学物質を電解質に追加しました。これは、充電中に亜鉛表面の柔軟な保護膜に変わります。

“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.”

「このフィルムにより、亜鉛は、充電と排出中に亜鉛陽極の表面に形成できる針のような構造を形成することを防ぎます。

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

既存のバッテリー技術よりもチームの発明にはいくつかの利点があります。

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

*新しいテクノロジーは、特に再生可能な統合とグリッドバランスのために、エネルギー貯蔵プロバイダーに利益をもたらします。

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

*たとえば、ユーティリティやマイ​​クログリッドなど、大規模で安定したエネルギー銀行を必要とする産業は、この技術をより早く採用することができます。

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

チームは、その能力を拡大するためにテクノロジーをさらに開発する計画を持っています。

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

「電極の生産は、リールからリールの製造に使用することで拡大することができます」とQiao教授は述べています。

“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.

「より軽い電流コレクターを最適化し、過剰な電解質を減らすことにより、システム全体のエネルギー密度を1キログラムあたり約45ワット時（wh kg-1）から約90 kg-1に2倍にすることができます。

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

「同じドライプロセスアプローチを使用して、臭素系などの他のハロゲン化学物質の性能もテストします。」

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

研究者たちは、彼らの発明が将来、より良くより効率的なバッテリーの開発につながることを望んでいます。