Akumulatory cynkowo-powietrzne: będzie taniej, wydajniej i bezpieczniej niż z Li‑Ion

Akumulatory litowo-jonowe znaleźć można dziś niemal wszędzie –zasilają i telefony, i samochody elektryczne. Niemal całkowiciewyparły akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe, przede wszystkim zewzględu na ich lekkość, ponad dwukrotnie wyższą gęstość energii, brakdokuczliwego efektu pamięci, oraz szybkość ładowania. Oczywiścieakumulatory te nie są bez wad. Sole litu, wykorzystywane w nich jakoelektrolit, kosztują niemało, produkcja jest nieobojętna dlaśrodowiska, wiąże się z nimi też ryzyko pożaru. Konkurencyjnetechnologie miały jednak jeszcze więcej problemów, więc dominacjaakumulatorów Li-Ion wydawała się niczym niezagrożona. Aż do dzisiaj –chemicy z firmy, która od kilku lat pracuje nad technologiąakumulatorów cynkowo-powietrznych poinformowalio zbudowaniu prototypu, który może wszystko to zmienić.W akumulatorach cynkowo-powietrznych wykorzystuje się zestawwymiennych anod cynkowych oraz membranę z węgla aktywnego, służącąjako przegroda między elektrolitem a powietrzem atmosferycznym.Katodą w procesie rozładowania jest tlen absorbowany na membranie wkontakcie ze środowiskiem elektrolitu. W teorii akumulatory takiemają wiele przewag nad akumulatorami Li-Ion: są lżejsze, nawetdwukrotnie pojemniejsze (będący jednym z reagentów tlen jest przecieżdostępny w atmosferze) i nawet trzykrotnie tańsze w produkcji, a przytym neutralne dla środowiska i całkowicie bezpieczne – tlenekcynku, do którego redukują się zużyte ogniwa, jest przecież częstowykorzystywany w kosmetyce i dermatologii, jako składnikprzyspieszający gojenie się ran.[img=battery]Praktyczne wykorzystanie akumulatorów cynkowo-powietrznych byłojednak trudne – alkaliczny elektrolit nie mógł tracić wody,mimo że był poddany działaniu powietrza, ani też wchodzić w reakcje zzanieczyszczeniami powietrza, sama elektroda cynkowa musiała byćchroniona przed procesami utleniania i zdolna do zniesienia wielucykli przekształceń, zaś od katalizatora wymagano, by w stabilnysposób przekształcał tlen w jon wodorotlenowy podczas rozładowywania.Prototyp nowego akumulatora, stworzony przez chemików z firmy ZAFEnergy Systems, ma rozwiązywać te wszystkie problemy, dzięki wysocewydajnej dwustronnej powietrznej katodzie oraz specjalnemupolimerowi, który zastępuje typowe płynne elektrolity i ograniczailość przedostającego się tlenu z atmosfery, jednocześnie pozwalającna swobodny przepływ jonów. W prototypie zastosowano też specjalneautorskie ukształtowanie anody, chroniące przed powstawaniem siatkipęknięć w ośrodku podczas ładowania akumulatora. To wszystko jednakblednie przy niezwykle wysokiej gęstości energetycznej prototypu ZAF,rzędu 400 Wh/kg (ponad dwukrotnie większej od dotychczasowychgęstości tego typu baterii).Takie akumulatory charakteryzować się mają też długim cyklem życia– prototyp po przejściu 500 cykli ładowania i rozładowaniawciąż był sprawny. Warto przy tym pamiętać, że urządzenia zasilanetakimi akumulatorami będą ładowane znacznie rzadziej: tak jak dzisiajakumulatory telefonów ładujemy niemal codziennie, to w zdominowanejprzez technologię cynkowo-powietrzną przyszłości będziemy robić toraz na tydzień.Jednak to nie telefony mają być głównym zastosowaniem tejtechnologii. Wynalazców interesują przede wszystkim elektryczne auta.Jeśli zbudujemy elektryczny pojazd, zdolny przejechać na swojejbaterii 500 mil, a baterię tę będzie można ładować 500 razy, touzyskamy 250 tysięcy mil przed konieczności wymiany baterii– mówiRon Brost, dyrektor techniczny w ZAF Energy Systems.Społecznośćnaukowa jest pozytywnie nastawiona do tych rewelacji. ThomasZawodzinski, elektrochemik z University of Tennessee, od latzajmujący się akumulatorami, określił prototyp jako cośco już działa, a teraz chodzi już tylko o stopniowe ulepszaniewykorzystanych materiałów.Po testach w swoim laboratorium potwierdził też deklarowane przez ZAFpoziomy gęstości energii i liczbę możliwych cykli ładowania.Teraz pozostaje jedynie kwestia komercjalizacji tego wynalazku,chronionego czterema patentami. ZAF samo nie jest w stanie produkowaćakumulatorów, to niewielka firma, zatrudniająca kilkanaście osób.Uzyskaniem licencji na nową technologię cynkowo-powietrznychakumulatorów jest już jednak zainteresowanych kilka dużych firm, awynalazcy spodziewają się, że pierwsze ich egzemplarze trafią narynek już w 2014 roku, znajdując wpierw zastosowanie w niewielkichurządzeniach elektronicznych. Większe baterie dla samochodówelektrycznych powinny zaś pojawić się do 2017 roku.