フリンダース大学の研究者たちは、高性能で安全かつ持続可能な水性亜鉛ヨウ素充電池（AZIB）を開発しました。これは、リチウムイオン電池（LIBs）の大規模エネルギー貯蔵の代替案として位置づけられています。特筆すべきは、この電池が60,000回の充放電サイクルを維持でき、3分で充電が完了することです。「水性亜鉛ヨウ素充電池は、大規模エネルギー貯蔵の実行可能な代替手段として徐々に認識されつつあり、私たちのチームは現在、業界と協力してこの電池システムのプロトタイププラットフォームを構築しています。」と、フリンダース大学科学工学部の化学副教授であり、マシュー・フリンダース奨学金受賞者のジャオ・ジョンファン（Zhongfan Jia）は述べています。
リチウムイオン電池は電気自動車やポータブル技術で主導的な地位を占めていますが、そのコストは高く、火災リスクがあり、環境廃棄物を大量に生み出します。オーストラリアだけでも、毎年約3,300トンのリチウム電池廃棄物が発生しており、2036年までに136,000トンに急増すると予測されています。亜鉛ヨウ素の代替品は、水を基にした不燃性の解決策を提供しますが、「シャトル効果」と呼ばれる多ヨウ素種が電池膜を通じて漏れ出し、時間とともに性能が低下するという課題に直面しています。この点において、デンプンの応用がゲームチェンジャーとなりました。
研究チームは、低コストで生分解可能な環状デキストリンに基づくポリマー（デンプン由来）のホスト材料を使用して、多ハロゲン化物を捕獲および放出できる新しい方法を創造することで、この問題を解決しました。
水性亜鉛ヨウ素充電池の革新的技術
環状デキストリン分子は化粧品や食品に広く使用されています。フリンダースチームは、親水性の外部と疎水性の内部を持つ微視的なカゴを設計し、必要に応じて多ハロゲン化物を捕獲および放出できるようにしました。これにより、漏れを効果的に防止します。「このシステムは、安価で生分解可能なオリゴ糖由来のポリマーを使用することで、多ヨウ素シャトル現象を軽減する新しい方法を提供し、持続可能で長持ちする水性亜鉛電池を実現します。」と、プロジェクトリーダーのジャオ・ジョンファン副教授は述べています。
この電池の性能データは、大規模電力網のエネルギー貯蔵のニーズに非常に適合しています。この電池は1.3から1.4ボルトの作動電圧で200 mAh/gの容量を提供し、7分で完全充電した後、8,000回のサイクルを持続可能です。目標容量を150 mAh/gにわずかに下げると、超高速の3分充電後に60,000回を超えるサイクルに達します。研究によれば、この電池の劣化率はほぼ無視できるほど低く、各サイクルごとに0.0001%から0.0003%です。これが60,000回を超えるサイクルを達成できる理由を説明しています。
亜鉛ベースの電池の経済的および環境的利点
亜鉛の利点は、亜鉛ベースの電池がより安全でコスト効果が高く、入手可能性が高い代替手段を提供し、性能を犠牲にしないことです。これらの電池は火災リスクを排除し、特定のエネルギーおよびエネルギー密度においてリチウムイオン電池と同等またはそれ以上です。低コストで豊富な原材料により、単回使用のエネルギー貯蔵の世界的な主流基準となります。リチウムの加工は現在主に中国に集中しており、各国は供給ショックのリスクに直面しています。この発見はオーストラリアにとって重要な経済的意義を持ちます。オーストラリアはリチウム加工において課題に直面していますが、豊富な亜鉛埋蔵量を持っています。
AZIBは通常、亜鉛金属を陽極として使用するため、オーストラリアは次世代エネルギー貯蔵への移行において顕著な戦略的優位性を持っています。この国は世界の既知の亜鉛埋蔵量の20%から28%を保有しています。共同著者の江尚旭（Shangxu Jiang）は、これらの豊富な国内資源を利用することで、より安全で独立したエネルギー貯蔵産業を構築できると指摘しています。フリンダースラボは現在、業界のパートナーと直接協力して商業プロトタイププラットフォームを構築しています。したがって、次のグリーンエネルギー転換は、希少で可燃性の金属によって推進されるのではなく、亜鉛と一般的な植物糖によって実現される可能性があります。
関連する研究結果は『Angewandte Chemie』誌に発表されています。
項目 規格 容量 200 mAh/g 充電時間 三分間 循環回数 60,000 回以上 動作電圧 1.3 から 1.4 ボルト 劣化率 0.0001% から 0.0003%