Wetenschappers hebben het grootste probleem van zink-waterbatterijen opgelost, waardoor deze goedkope en veilige batterij nu ook ongekende prestaties levert. Onverwoestbaar, veilig én betaalbaar.
Lithium-ion is nog altijd de dominante batterijtechnologie, maar de nadelen stapelen zich op: hoge kosten, brandgevaar en zorgen over de schaarse lithiumvoorraad. Een team van de Universiteit van Adelaide heeft een doorbraak bereikt: dankzij een nieuwe elektrolytformule zijn zink-waterbatterijen (Aqueous Zinc Batteries, AZB’s) nu eindelijk betrouwbaar, snel oplaadbaar en extreem duurzaam.
Volgens de studie, gepubliceerd in Nature Sustainability, behoudt de batterij 93 procent van haar capaciteit na 900 laad- en ontlaadcycli – en dat terwijl ze extreem goedkoop te produceren is.
Enorm potentieel met één groot probleem
Zink is overvloedig aanwezig, goedkoop en relatief milieuvriendelijk. Bovendien hebben zinkbatterijen een hoge energiedichtheid per volume. Het grootste voordeel: ze gebruiken een waterige elektrolyt in plaats van brandbare organische vloeistoffen. Daardoor zijn ze niet ontvlambaar, een cruciale eigenschap voor toepassingen in bijvoorbeeld elektrische auto’s en grootschalige energieopslag.
Tot nu toe hadden zink-waterbatterijen echter één groot probleem: ze waren instabiel. Bij contact tussen zink en de elektrolyt traden corrosie en gasvorming op, waardoor de levensduur beperkt bleef. Ook de werking bij extreme temperaturen liet te wensen over.
Doorbraak zorgt voor ongekende prestaties
Het team onder leiding van professor Zaiping Guo heeft dit probleem opgelost met een Decoupled Dual-Salt Electrolyte (DDSE). Hierbij krijgen twee zouten ieder een eigen rol:
- Zinkperchloraat blijft in de vloeistof, zorgt voor betere ionengeleiding en maakt de batterij bestand tegen bevriezing.
- Zinksulfaat hecht zich aan het metaaloppervlak en vormt een beschermende laag tegen corrosie en gasvorming.
“Doordat elk zout zijn eigen taak uitvoert, krijgen we een robuust en stabiel systeem dat zowel snel kan opladen als lang meegaat,” aldus eerste auteur Guanjie Li.
Resultaten spreken voor zich
Na 900 cycli bleef 93 procent van de capaciteit behouden, terwijl de batterij moeiteloos bleef functioneren bij temperaturen tussen -40 °C en +40 °C. Daarmee is dit volgens co-auteur Shilin Zhang de eerste keer dat zink-waterbatterijen zo’n uitgebalanceerde prestatie laten zien.
Bijzonder aantrekkelijk als alternatief voor lithium-ion
Deze doorbraak kan grote gevolgen hebben. Zink-waterbatterijen zijn niet alleen veiliger, maar ook veel betaalbaarder en duurzamer dan lithium-ion. Toepassingen liggen voor de hand in slimme elektriciteitsnetwerken, grootschalige energieopslag en uiteindelijk ook in elektrische voertuigen.
Hoewel lithium-ion voorlopig nog de standaard blijft, groeit de druk om alternatieven te vinden. De combinatie van lage kosten, veiligheid en prestaties maakt deze nieuwe technologie bijzonder aantrekkelijk.
En nu nog de praktijk
De onderzoekers werken nu aan verdere verfijning van de elektrolytformule en willen een werkend prototype ontwikkelen dat voldoet aan industriële eisen: lange levensduur, hoge energiedichtheid en lage kosten.
Als dat lukt, kan de zink-waterbatterij weleens uitgroeien tot een van de grootste batterijdoorbraken van het afgelopen decennium.
