Det här århundradet har vi sett en aktiv övergång till mer hållbara energikällor, som förnybara resurser som solenergi, vindkraft, kärnkraft och geotermisk energi. Dessa tekniker kräver förstås robusta energilagringssystem för framtida användning. De senaste åren har litiumjonbatterier blivit det dominerande energilagringssystemet. Men de är kända för att ha allvarliga säkerhetsproblem.
Här kan zinkjonbatterier baserade på vattenbaserade elektrolyter vara en lovande lösning. De är i sig säkra, miljövänliga och ekonomiskt lönsamma. Dessa batterier minskar också brandrisker och termiska runaway-problem som är förknippade med deras litiumbaserade motsvarigheter, vilket gör dem lukrativa för energilagring i nätverksskala.
Dessutom har zink hög kapacitet, låg kostnad, finns i rikliga mängder och har låg toxicitet. Tyvärr är strömavtagare som används i zinkjonbatterier, såsom grafitfolie, svåra att skala upp och har relativt dåliga mekaniska egenskaper, vilket begränsar deras industriella användning.
I en ny forskningsrapport har ett forskarteam från Sydkorea, ledd av docent Geon-Hyoung An vid institutionen för energi- och materialteknik vid Dongguk University, föreslagit grafenbelagd rostfri stålfolie som ett nytt alternativ till strömavtagare. Deras resultat har publicerats i tidskriften Advanced Energy Materials.
Enligt professor An är ”den centrala innovationen i den här studien användningen av grafenbelagd rostfri stålfolie, eller G@SSF-400, som strömavtagare för zinkjonbatterier. Till skillnad från konventionella avtagare kan vårt material tillverkas genom en enkel grafenbeläggning och värmebehandling för att avlägsna ytoxider. Detta möjliggör både industriell skalbarhet och hög elektrokemisk prestanda.”
Denna innovation övervinner de vanliga utmaningarna med korrosion och dålig ledningsförmåga som förekommer i vattenbaserade system och fungerar stabilt även under höga belastningsförhållanden, vilket är viktigt för praktisk användning. Batteriet uppvisade en hög specifik kapacitet på över 1 mAh cm-2 och behöll 88,7 % av sin kapacitet efter 1 500 cykler, vilket är en stark indikator på lång hållbarhet. Eftersom denna teknik dessutom stödjer rull-till-rull-tillverkning öppnar den dörren för storskalig produktion, vilket för zinkjonbatterier närmare kommersialisering inom energilagringssektorn.
”Denna teknik är mycket lämplig för energilagringssystem i nätverksskala, särskilt i samband med integration av förnybar energi. Genom att möjliggöra användning av vattenbaserade zinkjonbatterier erbjuder vår metod ett icke-brandfarligt, kostnadseffektivt och miljövänligt alternativ till traditionella litiumjonbatterier”, säger professor An.
Forskningen kan därför bidra avsevärt till den globala övergången till rena och resilienta energisystem. Den tar itu med viktiga hinder för energilagring, bland annat kostnad, skalbarhet och säkerhet, särskilt på eftersatta marknader. Genom att minska beroendet av dyra eller farliga material, såsom de som används i litiumjonbatterier, stödjer denna teknik utvecklingen av en mer hållbar och cirkulär batteriekonomi.
I praktiken kan det leda till bredare tillgång till prisvärd energilagring. På lång sikt kan detta spela en roll för att mildra klimatförändringarna, öka energirättvisan och påskynda den globala energiomställningen.
Sammanfattningsvis främjar den föreslagna nästa generations tekniken storskaliga högpresterande zinkjonbatterier som en säker och skalbar energilagringslösning.
Mer information: Heeyeon Heo et al, Industrial Scalability of Zinc‐Ion Batteries: Enhanced Electrochemical Performance with High Mass Loading Electrodes on Graphene‐Coated Metal Current Collectors, Advanced Energy Materials (2025). DOI: 10.1002/aenm.202500261
