Door de elektrolyt uit te wisselen, gaan deze energierijke stroombronnen langer mee
Zink-luchtbatterijen zijn doorgaans niet oplaadbaar. Maar met behulp van nieuwe materialen hebben onderzoekers nu een van deze apparaten gebouwd die honderden keren kunnen worden opgeladen.
Zink-luchtbatterijen hebben veel te bieden. Ze zijn lichtgewicht, compact en gemaakt van duurzamere, minder brandbare materialen dan andere batterijen. Maar ze zijn meestal niet oplaadbaar.
Een nieuw batterijontwerp zou dat kunnen veranderen. Door de bouwmaterialen aan te passen, creëerden onderzoekers een prototype van een zink-luchtbatterij die honderden keren kan worden opgeladen. Dergelijke duurzame apparaten, beschreven in de 1 januari Wetenschap, zou ooit elektrische auto’s of andere elektronica kunnen aandrijven.
Zink-luchtbatterijen zijn een van de vele potentiële batterijen van de volgende generatie die meer energie kunnen bevatten en tegelijkertijd goedkoper en veiliger zijn dan bestaande apparaten (SN: 1/9/17). Elke zink-luchtbatterijcel bevat twee elektroden – een zinkanode en een poreuze kathode – gescheiden door een vloeistof die een elektrolyt wordt genoemd. In standaard zink-luchtcellen is de elektrolyt een stof met een hoge pH, die ingrediënten bevat zoals kaliumhydroxide. Zuurstof uit de lucht komt de kathode binnen, waar het gas reageert met water uit de elektrolyt om hydroxide te vormen. Hydroxide gevormd op het kathodeoppervlak reist naar de anode en reageert met zink om energie vrij te maken die andere apparaten aandrijft.
“Het probleem is dat deze reactie niet erg omkeerbaar is”, zegt Wei Sun, een materiaalwetenschapper aan de Universiteit van Münster in Duitsland. En dat maakt het moeilijk om de batterij op te laden. De bijtende elektrolyt in conventionele zink-luchtbatterijen kan ook de kathode en anode aantasten.
Om die problemen op te lossen, hebben Sun en collega’s een zink-luchtbatterij gebouwd met een nieuwe elektrolyt die waterafstotende ionen bevat. Die ionen hechten zich aan de kathode, waardoor H wordt voorkomen2O van de elektrolyt door reactie met binnenkomende zuurstof aan het kathodeoppervlak. Hierdoor kunnen zinkionen van de anode naar de kathode reizen en direct reageren met zuurstof uit de lucht. Deze relatief eenvoudige reactie is gemakkelijk achteruit te lopen om de batterij op te laden.
Bovendien tast de nieuwe elektrolyt de elektroden van de batterij niet aan, waardoor de batterij langer meegaat. In laboratoriumexperimenten konden Sun en collega’s een nieuwe zink-luchtbatterijcel 320 keer gedurende 160 uur leegmaken en opladen.
