Австралійські вчені створили цинково-йодну батарею, яка заряджається за 3 хвилини

Цинково-йодна батарея, розроблена за участі дослідників Університету Фліндерса в Австралії, здатна працювати понад 60 тисяч циклів заряджання і розряджання. За одного з режимів її можна повністю зарядити приблизно за три хвилини. Про це інформує Realnist з посиланням на дані Flinders University, наведені у профільному виданні Smart Cities Tech.

Ключовим елементом системи став полімер на основі β-циклодекстрину — сполук, які отримують з дешевих і біорозкладних олігосахаридів. Матеріал допомагає утримувати активні сполуки йоду біля катода та пригнічувати так званий човниковий ефект. Саме він є однією з головних причин втрати активного матеріалу та падіння ємності у водних цинково-йодних акумуляторах. У лабораторних тестах батарея показала понад 60 000 циклів із дуже низькою швидкістю втрати ємності — приблизно 0,0001–0,0003% за цикл залежно від режиму роботи.

Як працює нова цинково-йодна батарея

Розробка стосується класу водних цинково-йодних акумуляторів — aqueous zinc-iodine batteries, або AZIB. На відміну від багатьох традиційних літій-іонних систем, у таких батареях використовується водне середовище.

Основна увага авторів роботи була зосереджена не лише на цинку. Значною проблемою залишається поведінка йоду під час заряджання та розряджання.

У процесі електрохімічних реакцій утворюються полігалогенідні, зокрема полійодидні, частинки. Вони можуть залишати зону катода та переміщуватися всередині батареї. Це призводить до втрати активного йоду та прискорює деградацію системи.

Автори дослідження описують проблему так:

«Confining polyiodide species at the cathode is pivotal to the stability and long life».

Тобто утримання полійодидних сполук біля катода є критично важливим для стабільності та тривалого ресурсу цинково-йодної батареї.

Раніше для цього використовували пористі неорганічні матеріали або органічні добавки, здатні зв’язувати сполуки йоду. Однак автори роботи вказують на обмеження таких підходів через невідповідність розмірів молекулярних структур або недостатньо сильні іонні взаємодії.

Тому дослідники застосували інший механізм — систему типу «господар–гість». У ній полімерна структура утворює своєрідні молекулярні порожнини, в яких можуть утримуватися полігалогенідні частинки.

Що змінив поліциклодекстрин

Основою розробки став поперечно зшитий поліциклодекстрин — polyCD.

Циклодекстрини мають кільцеподібну молекулярну структуру з внутрішньою порожниною. Саме ця особливість дозволяє їм взаємодіяти з іншими молекулами та іонами.

Експериментальні випробування та комп’ютерні розрахунки показали, що полімер на основі β-циклодекстрину має відповідну внутрішню геометрію та гідрофобні порожнини для взаємодії з тригалогенідними аніонами.

У результаті активні сполуки йоду можуть утримуватися всередині полімерної структури, але водночас залишатися доступними для електрохімічних реакцій.

Саме контроль переміщення сполук йоду став одним із головних факторів, які дали змогу різко збільшити кількість циклів роботи батареї.

Важливі властивості застосованого матеріалу:

• полімер створений на основі β-циклодекстрину;
• вихідні олігосахариди характеризуються авторами як дешеві та біорозкладні;
• структура полімеру допомагає локалізувати полігалогенідні частинки та зменшити їхнє небажане переміщення.

Понад 60 тисяч циклів і зарядка за три хвилини

Найпомітнішим результатом випробувань став ресурс батареї.

За даними Flinders University, в одному з режимів система працювала з питомою ємністю приблизно 200 мА·год/г протягом понад 8000 циклів, а повне заряджання займало близько семи хвилин.

Коли режим змінили на приблизно 150 мА·год/г, час заряджання скоротився до близько трьох хвилин, а ресурс перевищив 60 000 циклів.

При цьому дослідження показало надзвичайно низький показник деградації.

Для різних схем накопичення він становив близько:

• 0,0001% втрати ємності за цикл;
• 0,0003% втрати ємності за цикл.

В експериментальній системі poly(β-CD)/KI₃ автори також отримали ємність близько 205 мА·год/г для двоелектронного механізму накопичення та до 365 мА·год/г для чотириелектронного механізму.

Таким чином, цифра у 60 тисяч циклів стосується конкретного лабораторного режиму роботи. Водночас дослідники тестували кілька конфігурацій із різними параметрами ємності та швидкості заряджання.

Для чого розробляють такі батареї

Команда Flinders University орієнтує роботу насамперед на системи масштабного накопичення електроенергії.

Доцент хімії Zhongfan Jia, Matthew Flinders Fellow у College of Science and Engineering, заявив:

«Rechargeable aqueous zinc-iodine batteries are shaping up as a viable alternative».

Йдеться саме про використання таких систем як альтернативного рішення для великих накопичувачів електроенергії. Дослідницька група вже працює з промисловими партнерами над платформою для створення прототипів.

Такі накопичувачі можуть бути пов’язані з енергетичними системами, де необхідно багаторазово накопичувати та віддавати електроенергію. Саме тому довговічність і кількість циклів є одним із ключових параметрів роботи.

Показник у понад 60 тисяч циклів отриманий у межах лабораторних електрохімічних випробувань нової системи.

У роботі брали участь Shangxu Jiang, Zhipeng Pei, Yanlin Shi, Kai Zhang, Justin M. Chalker, Sara J. Fraser-Miller, Michelle L. Coote та Zhongfan Jia. Дослідження поєднувало експериментальну роботу та обчислювальне моделювання.

Чому дослідники використали цинк

Цинк розглядається як один із матеріалів для водних електрохімічних накопичувачів через його доступність та можливість застосування у системах із водним електролітом.

Для Австралії цей напрям має окреме значення через власну сировинну базу. Країна володіє приблизно 20–28% відомих світових запасів цинку та є одним із великих виробників і експортерів цього металу.

Перший співавтор роботи Shangxu Jiang наголосив:

«We can use these zinc resources for safer energy storage».

Крім того, сам поліциклодекстриновий компонент виготовляється з олігосахаридів. Автори дослідження характеризують їх як недорогі та біорозкладні матеріали.

Проблема, яку намагалися вирішити вчені

Дослідження продовжує роботу над одним із найскладніших недоліків цинково-йодної хімії — переміщенням полійодидів.

Коли ці сполуки мігрують від катода, система поступово втрачає активний матеріал. Крім того, взаємодія полійодидів із цинковим анодом може прискорювати небажані побічні процеси.

Інші дослідницькі групи також працюють над вирішенням цієї проблеми. Наприклад, у 2026 році в Energy Storage Materials була представлена інша система з β-циклодекстрином як добавкою до йодного катода. Вона зберігала 95,4% ємності після 8000 циклів за підвищеної швидкості роботи.

Раніше також створювали твердотільні цинково-йодні системи з циклодекстриновими компонентами. В окремій роботі така батарея пропрацювала 20 000 циклів.

Нова робота команди Flinders University відрізняється використанням специфічної хімії включення полігалогенідних частинок у поперечно зшиту поліциклодекстринову мережу.

Саме цей механізм автори пов’язують із досягнутим ресурсом понад 60 тисяч циклів.

Де опубліковано дослідження

Робота має назву Caging Polyhalide Anions in Polycyclodextrin for Long-Lasting Aqueous Zinc-Iodine Batteries.

Її опублікували у науковому журналі Angewandte Chemie International Edition. Запис про публікацію з’явився 14 серпня 2026 року.

Окремо результати роботи існували у вигляді препринту, опублікованого в березні 2026 року. Його DOI — 10.26434/chemrxiv.15001257/v1.

Фінальні результати показують, що поліциклодекстринова система може забезпечувати поєднання швидкого заряджання та надзвичайно великої кількості циклів. За трихвилинного режиму батарея працювала понад 60 тисяч циклів при ємності близько 150 мА·год/г. За семихвилинного заряджання дослідники отримали близько 200 мА·год/г і понад 8000 циклів.

Наступним напрямом роботи команди є створення прототипної платформи спільно з промисловими партнерами для подальшого розвитку цинково-йодних систем накопичення енергії.

Читайте також: Люди досі передають особисті дані штучному інтелекту: що категорично не варто завантажувати в чат-боти