Con l'aumento delle energie rinnovabili su scala di rete, molti studiosi hanno spostato la loro attenzione dalla generazione di energia allo stoccaggio di energia. Che si tratti di celle solari che convertono la luce solare in energia, o mulini a vento che trasformano le correnti d'aria in correnti elettriche, le fonti di generazione di energia rinnovabile sono intrinsecamente variabili.

Giorni eccezionalmente nuvolosi o fermi possono causare notevoli fluttuazioni nella produzione di energia delle fonti rinnovabili. Un grosso ostacolo per l'energia rinnovabile su scala di rete è come immagazzinare in modo efficiente queste fonti di energia spesso intermittenti per dopo, usi più equamente distribuiti.

Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Cui Guanglei e Zhao Jingwen del Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT), L'Accademia cinese delle scienze (CAS) è un passo avanti verso la risoluzione di questo problema di archiviazione.

Il team si è concentrato sulle batterie Dual-ion (DIB) basate sull'anodo di zinco e sul catodo di grafite a causa del loro basso costo e delle loro capacità ad alta tensione, rendendoli un ottimo candidato per grandi, dispositivi di archiviazione su scala di rete. I loro risultati sono stati pubblicati in Angewandte Chemie Edizione Internazionale il 18 agosto.

In queste batterie, La deposizione di Zn si verifica su un anodo di Zn durante il processo di carica mentre gli anioni caricati negativamente si intrecciano nel catodo di grafite consentendo l'immagazzinamento di energia per un uso successivo, un processo noto come intercalazione. batterie zinco/grafite, però, avere un problema.

"Sfortunatamente, anioni spesso utilizzati per le reazioni di intercalazione della grafite potrebbero complessarsi con il carbonato nell'elettrolita. Ciò diminuisce la stabilità all'ossidazione del carbonato e impedisce lo sviluppo di DIB ad alta efficienza, bassa autoscarica e lunga durata a scaffale/ciclo, "dice Cui.

Essenzialmente, gli elettroliti utilizzati per trasferire la carica attraverso la batteria subirebbero una decomposizione ossidativa nelle regioni ad alta tensione, riducendo l'efficienza e la durata della batteria. Questo è un problema essenziale da risolvere prima di applicare questo tipo di batteria all'accumulo di energia su larga scala.

L'approccio del gruppo ha migliorato la stabilità all'ossidazione degli elettroliti a base di carbonato regolando la struttura di solvatazione degli anioni. Introducendo un solvente trimetilfosfato (TMP) fortemente donatore di elettroni, il team è stato in grado di intrappolare gli anioni nel regime di solvatazione TMP e disaccoppiare gli anioni dal solvente carbonato.

Di conseguenza, la tensione di esercizio delle batterie Zinco/Grafite è stata aumentata di 0,45 V consentendo anche un ciclo di lunga durata (ritenzione della capacità del 92% dopo 1000 cicli). Ciò potrebbe non solo prolungare la durata del ciclo delle batterie Zinco/Grafite, ma anche aumentare la capacità di intercalazione anionica in grafite. Gli autori hanno sottolineato che "è essenziale una profonda comprensione e regolazione della struttura di solvatazione anionica".

"Qui, riacquistiamo la natura antiossidante degli elettroliti a base di carbonato per supportare le celle Zinco/Grafite ad alto voltaggio, riorganizzando l'intermolecolare, cioè., ione-solvente e ione-ione, interazioni, " Ha detto Cui.

Il loro lavoro futuro sarà focalizzato sull'aumento della densità energetica, sopprimendo il comportamento di autoscarica e abbassando il costo dell'elettrolita per le batterie Zinco/Grafite. L'obiettivo finale è commercializzare la batteria zinco/grafite nell'accumulo di energia su scala di rete.