Australische Forschung entwickelt wasserbasierte Zink-Iod-Ionen-Batterie mit 3 Minuten Ladezeit und über 60.000 Zyklen

Ein Forschungsteam der Flinders University hat kürzlich eine wasserbasierte Zink-Iod-Ionen-Batterie vorgestellt, die Wasser als Elektrolyt verwendet. Sie zeichnet sich durch hohe Leistung, hohe Sicherheit und Nachhaltigkeit aus und könnte eine Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien werden. Die Studie konzentriert sich auf den Bereich der großflächigen Energiespeicher und zielt darauf ab, die aktuellen Herausforderungen von Lithium-Batterien in Bezug auf Kosten, Sicherheit und Umweltverschmutzung zu lösen.

Lithium-Ionen-Batterien dominieren derzeit den Markt für Smartphones und Elektrofahrzeuge, sehen sich jedoch gleichzeitig hohen Kosten, Brandrisiken und der Erzeugung großer Mengen an Umweltabfällen gegenüber. Allein in Australien fallen jährlich etwa 3.300 Tonnen Lithium-Ionen-Batterieabfälle an; bis 2036 wird dieser Wert voraussichtlich auf über 136.000 Tonnen ansteigen. Vor diesem Hintergrund sucht die Wissenschaft aktiv nach stabileren und umweltfreundlicheren Alternativtechnologien.

Cyclodextrin-Molekülkäfigdesign verhindert den Shuttle-Effekt von Polyiodiden

Die Zink-Iod-Ionen-Batterie verwendet einen wässrigen Elektrolyten, der den Vorteil hat, dass kein Brandrisiko besteht. Allerdings können Polyiodide leicht durch die Batteriemembran dringen und zu Leckagen führen, was zu einer Leistungsminderung führt, dem sogenannten Shuttle-Effekt. Um dieses Problem zu lösen, hat das Forschungsteam kostengünstige und biologisch abbaubare cyclodextrinbasierte Polymermaterialien eingeführt, die aus Stärke extrahiert werden. Cyclodextrin findet breite Anwendung in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie, und seine molekulare Struktur ist außen hydrophil und innen hydrophob. Das Forschungsteam hat es als molekularen Käfig entworfen, der Polyiodide nach Bedarf einfangen und freisetzen kann, um Leckagen von Grund auf zu verhindern.

Sieben Minuten für eine volle Ladung, Lebensdauer von bis zu 60.000 Zyklen

Nach Angaben des Forschungsteams hat diese Batterie eine Betriebsspannung von 1,3 bis 1,4 Volt und kann in einem vollgeladenen Zustand in nur 7 Minuten eine Kapazität von 200 mAh pro Gramm erreichen. Wenn die Zielkapazität auf 150 mAh pro Gramm eingestellt wird, kann die Schnellladung sogar in nur 3 Minuten abgeschlossen werden, und die gesamte Lade- und Entladezyklen können bis zu 60.000 Mal betragen. Die Forschungsdaten zeigen, dass die Abnahmegeschwindigkeit der Batterie pro Zyklus nur 0,0001 % bis 0,0003 % beträgt, was zu einem extrem niedrigen Verlust führt und es ermöglicht, mehr als 60.000 Lade- und Entladezyklen zu erreichen, was eine attraktive technische Option für großflächige Energiespeicheranwendungen bietet.