Förnybara energikällor, som vind- och solkraft, kan bidra till att minska världens beroende av fossila bränslen. Men först, kraftbolag behöver ett kassaskåp, kostnadseffektivt sätt att lagra energin för senare användning. Massiva litiumjonbatterier kan göra jobbet, men de lider av säkerhetsproblem och begränsad litiumtillgänglighet. Nu, forskare som rapporterar i ACS' Nanobokstäver har gjort en prototyp av en anodfri, zinkbaserat batteri som använder låg kostnad, naturligt rikliga material.

Vattenbaserade zinkbaserade batterier har tidigare undersökts för energilagring i nätskala på grund av deras säkerhet och höga energitäthet. Dessutom, de material som används för att göra dem är naturligt rikliga. Dock, de laddningsbara zinkbatterierna som har utvecklats hittills har krävt tjocka zinkmetallanoder, som innehåller ett stort överskott av zink som ökar kostnaden. Också, anoderna är benägna att bilda dendriter – kristallina utsprång av zinkmetall som avsätts på anoden under laddning – som kan kortsluta batteriet. Yunpei Zhu, Yi Cui och Husam Alshareef undrade om en zinkanod verkligen behövdes. Med inspiration från tidigare undersökningar av "anodfria" litium- och natrium-metallbatterier, forskarna bestämde sig för att tillverka ett batteri där en zinkrik katod är den enda källan för zinkplätering på en kopparströmavtagare.

I deras batteri, forskarna använde en mangandioxidkatod som de förinterkalerade med zinkjoner, en vattenhaltig zinktrifluormetansulfonatelektrolytlösning och en kopparfolieströmkollektor. Under laddning, zinkmetall pläteras på kopparfolien, och under urladdningen skalas metallen av, släpper ut elektroner som driver batteriet. För att förhindra att dendriter bildas, forskarna täckte kopparströmsamlaren med ett lager av kolnanoskivor. Detta lager främjade enhetlig zinkplätering, förhindrar därmed dendriter, och ökade effektiviteten av zinkplätering och strippning. Batteriet visade hög effektivitet, energitäthet och stabilitet, behåller 62,8 % av sin lagringskapacitet efter 80 laddnings- och urladdningscykler. Den anodfria batteridesignen öppnar nya vägar för användning av vattenhaltiga zinkbaserade batterier i energilagringssystem, säger forskarna.