Baterije na bazi cinka imaju jedan veliki nedostatak: često relativno kratko traju, jer im se materijali sa svakim punjenjem i pražnjenjem pomalo troše.
Kineski znanstvenici sa Sveučilišta Jilin i Instituta za primijenjenu kemiju u Changchunu pronašli su način da to promijene. Izmjenom kemije katode, jednog od dvaju polova baterije, razvili su vodenu cink-ionsku bateriju koja i nakon više od 10.000 punjenja i pražnjenja zadržava gotovo 90 posto kapaciteta. To odgovara više od 3500 sati neprekidnog rada.
Takve baterije obično imaju katodu na bazi joda. Ona ima dobre strane: dugo izdržava, brzo se puni i prazni te može pohraniti mnogo energije. No ima i mana. Slabo provodi struju, s vremenom mijenja strukturu, a jodni ioni lutaju kroz bateriju umjesto da ostanu na mjestu. Ta pojava, nazvana shuttle efekt, smanjuje učinkovitost, ubrzava trošenje materijala i skraćuje vijek baterije.
Istraživači su zato katodu izradili od ugljikovih nanocijevi, sićušnih cjevčica od ugljika, i kemijski im izmijenili površinu. Isprobali su tri varijante, s hidroksilnim, karboksilnim i aminskim skupinama. Nanocijevi s hidroksilnim skupinama djelovale su poput sićušnih sidara: zadržavale su jodne ione na mjestu i nisu im dopuštale da lutaju kroz bateriju. Tako su smanjeni gubici energije, a baterija je postala učinkovitija i stabilnija.
Rezultati laboratorijskih ispitivanja su impresivni. Nakon više od 10.000 ciklusa punjenja i pražnjenja baterija je zadržala 89,34 posto izvornog kapaciteta. Pri jačoj struji izdržala je čak 93.400 ciklusa. Analize su potvrdile da se jod tijekom punjenja i pražnjenja uredno i ponovljivo pretvara iz jednog oblika u drugi, a istraživači su utvrdili i da nova katoda učinkovito uklanja shuttle efekt.
Kako bi provjerili koliko je rješenje praktično, znanstvenici su izradili i veći prototip u obliku vrećaste (pouch) ćelije sa 150 miligrama joda. Radio je na naponu od 1,1 V i nakon 350 ciklusa zadržao 91,7 posto izvornog kapaciteta, što je obećavajući rezultat u uvjetima bližima stvarnoj upotrebi.
Autori zaključuju da je riječ o jednostavnom i učinkovitom načinu da vodene cink-ionske baterije postanu stabilnije i dugovječnije. Njihov bi pristup mogao pomoći u razvoju trajnijih sustava za pohranu energije temeljenih na cinku, metalu kojega u prirodi ima u izobilju. Rezultati su objavljeni u časopisu Science China Chemistry.
