Onderzoekers van POSTECH hebben een op xanthaangom gebaseerde beschermfolie voor batterij-elektroden ontwikkeld die de duurzaamheid en efficiëntie van zink-ionbatterijen verbetert. Deze innovatie markeert een belangrijke stap in de richting van duurzame groene energieoplossingen en lost een belangrijke uitdaging op het gebied van energieopslagtechnologie op.
Xanthaangom, een stof die oorspronkelijk uit planten zoals kool wordt gewonnen, staat bekend om zijn koolhydraatgehalte en wordt in cosmetica vaak gebruikt als natuurlijke barrière om de voordelen ervan op de huid te behouden. In een innovatieve ontwikkeling wordt xanthaangom nu gebruikt om bescherming te bieden aan batterij-elektroden in plaats van aan de huid.
Professor Changshin Jo van de Graduate School of Ferrous Metals and Ecological Materials Technology en de afdeling Chemical Engineering van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH) in Zuid-Korea, en Jooyoung Jang, een doctoraalstudent bij de afdeling Chemical Engineering, creëerden een beschermende film door polymeren te mengen. Het internationale tijdschrift "Energy Storage Materials" publiceerde hun onderzoeksresultaten.
Vanwege het inherent intermitterende karakter van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie, neemt het belang van energieopslagsystemen (ESS) gestaag toe. ESS-technologie vangt elektriciteit op en gebruikt deze efficiënt wanneer dat nodig is, en is een sleutelfactor bij het benutten van hernieuwbare energie. Hoewel lithium-ionbatterijen (Li-ion) van oudsher worden gebruikt voor ESS-toepassingen, hebben hun hoge kosten en zorgen over de uitputting van lithium geleid tot voortdurend onderzoek naar alternatieve oplossingen.
Zink (Zn) is een overvloedig aanwezig element op aarde en een veelbelovend alternatief voor lithium. Zink-ionbatterijen hebben het vermogen om grote hoeveelheden energie op te slaan en zijn veiliger in termen van brandgevaar in vergelijking met lithium-ionbatterijen. Het bereiken van een stabiele afzetting van zink op de elektroden van ESS-batterijen is echter een uitdagende taak, en herhaalde laad- en ontlaadcycli leiden vaak tot de vorming van dendrieten op het zinkoppervlak, waardoor de levensduur van de batterij wordt verkort.
In deze studie combineerde het team het biopolymeer xanthaangom met een ionengeleidend polymeer om een beschermende film voor batterijelektroden te creëren. De interactie van deze twee polymeren vormt een gladde beschermende laag op het elektrodeoppervlak, waardoor fysieke impact en chemische verontreiniging effectief worden voorkomen.
Bovendien is deze beschermende film rijk aan functionele zuurstofgroepen, die een belangrijke rol spelen bij het bevorderen van de uniforme kiemvorming van zink, waardoor zink effectief op het elektrodeoppervlak wordt afgezet. Daarom wordt de vorming van dendrieten op het zinkoppervlak aanzienlijk verminderd en vertoont de beschermende film nog steeds een aanzienlijke stabiliteit, zelfs na 200 dagen herhaaldelijk opladen en ontladen.
Professor Zhao Changxin zei: "Ik hoop dat dit onderzoek kan bijdragen aan ESS-technologie die de productie van duurzame groene energie bevordert."
Samengestelde bron: ScitechDaily