- 水基鋅-碘電池經過數千次循環後幾乎保持全部容量。
- 新設計使碘在充放電過程中能轉移4個電子，提升容量。
- 研究顯示新電解質在袋裝和硬幣電池中均有效。
- 該技術有潛力為電網儲存提供新選擇，但需進一步測試。
一種水基鋅-碘電池在倫敦大學學院（UCL）主導的實驗室測試中，經歷了數千次充放電循環後，幾乎保持了其全部儲存容量。研究人員開發了一種電解質，能在水中保持碘的反應性形式穩定，從而使電池能夠從相同材料中獲取更多容量。這項研究解決了限制水基電池在大型儲能項目中應用的問題。這些電池提供了鋰離子系統的潛在替代方案，後者可能存在火災風險，但其相對較低的能量密度使得儲存大量電能變得困難。
新設計提升碘容量
通過新設計獲得更多的碘容量，該團隊的設計使碘在充電和放電過程中能夠轉移 4 個電子，而傳統碘電池化學中僅能轉移 2 個。這使得電池可以利用更多碘的儲存容量。挑戰在於如何保持沿途產生的高度反應性碘形式不與水反應。早期的實驗使用了含鹵素的高濃度電解質來解決這一問題。這些混合物有助於穩定碘，但其腐蝕性和成本高，使其難以大規模生產。
UCL 的團隊改變了包圍碘的液體化學。一些新電解質中的分子能夠將水隔離，而其他分子則與反應性碘形式結合，幫助防止不必要的反應。研究人員在袋裝電池和硬幣電池中展示了這種電解質。袋裝電池是常見於手機和筆記本電腦的平面包裝，而硬幣電池則是小型圓盤形電池，通常用於低功率需求的裝置。這種化學在兩種格式中均有效。在單獨的耐用性測試中，鋅-碘電池在經歷數千次循環後，幾乎保持了其初始儲存容量。
這對於電網儲存至關重要，因為電池必須不斷吸收來自風能和太陽能電廠的多餘電力，並在發電下降時釋放電力。
潛在的商業化挑戰
研究人員表示，該電解質設計也可以調整用於鋁-碘電池，為靜態儲存提供了另一種化學選擇。當前大型電池農場主要依賴鋰離子技術。水基設計可能為電網運營商提供另一種選擇，但團隊仍需在更大系統中測試其電解質，並觀察電池在更接近電池農場運行條件下的行為。這些測試將有助於確定實驗室中觀察到的容量和耐用性在更大安裝中是否能夠延續。
UCL 化學教授及研究負責人何冠傑表示：「我很高興我們的新化學能夠幫助水基電池更接近商業化和廣泛應用。接下來的步驟包括在更大規模上測試這項技術，並改善其在現實運行條件下的性能。」第一作者陳如煒表示，此項工作還指出了設計可充電碘電池的更大挑戰。「我們還需要了解它們如何與水基電解質相互作用，以及這些相互作用在電池充放電過程中的變化。」該研究發表於《自然》期刊。
項目 規格 電池類型 水基鋅-碘電池 充放電循環次數 數千次
水基鋅-碘電池的應用前景
水基鋅-碘電池的發展對於可再生能源儲存至關重要，因為其能有效應對風能和太陽能的波動性。這項研究不僅解決了水基電池在儲能應用中的挑戰，還展示了新電解質的潛力，可能成為鋰離子電池的替代品。隨著對於電網儲存需求的增加，這種電池的商業化將有助於推動更安全、更環保的能源解決方案。然而，研究團隊仍需在實際運行條件下進行進一步測試，以確保其性能的持續性。