طور فريق من البروفيسور بيترو أندري وطالب الدكتوراه وانغ بنغ في كلية الهندسة بجامعة فلوريدا إيه آند إم - جامعة ولاية فلوريدا بطارية أيونات الزنك المائية، تستخدم إلكتروليت هيدروجيل وعملية ترسيب كهربائي لثاني أكسيد المنغنيز، حيث تصل دورة حياتها إلى أكثر من 900 دورة. نُشرت نتائج البحث في مجلة "ACS Omega".

تستخدم بطارية أيونات الزنك المائية الزنك كمادة قطب سالب، وتستبدل المحلول الإلكتروليتي العضوي بمحلول مائي. تعاني بطاريات أيونات الزنك المائية التقليدية من قيود نمو التشعبات، حيث تشكل الزنك المعدني ترسبات إبرية أثناء عملية الشحن، مما يؤدي إلى ثقب الفاصل وحدوث قصر في الدائرة. قدم فريق البحث هيدروجيل مركب من بولي فينيل الكحول وألياف نانوية من الأراميد - حيث تُشتق الألياف النانوية الأراميدية من مادة كفلار المضادة للرصاص، مشكلة شبكة مسامية ثلاثية الأبعاد تعيق مسار نمو التشعبات فيزيائياً. تتيح عملية الترسيب الكهربائي نمو قطب ثاني أكسيد المنغنيز الموجب مباشرة على سطح جامع التيار أثناء عملية التجميع.

ألغت عملية التصنيع خطوات خلط العجينة والتجفيف. قال أندري: "جميع العمليات تتم في الماء، باستخدام هيدروجيل غير قابل للاشتعال لتحقيق الاستقرار وكبح نمو التشعبات. التشعبات هي هياكل معدنية دقيقة تؤدي إلى فشل البطارية، بينما يسهل إضافة الهيدروجيل عملية تجميع البطارية ويجعلها أكثر أماناً." لا تتطلب بطارية أيونات الزنك المائية هذه مذيبات عضوية، كما أن متطلبات درجة الحرارة والرطوبة في بيئة التصنيع أقل من خطوط الإنتاج التقليدية.

حافظت البطارية على سعتها بشكل مستقر بعد 900 دورة شحن وتفريغ سريع. قال أندري إن بطارية أيونات الزنك المائية هذه مناسبة لتخزين طاقة الشبكة، وأنظمة الطاقة المنزلية، ومصادر الطاقة الاحتياطية الكبيرة - "في هذه التطبيقات، تحتاج البطاريات إلى أن تكون متينة وموثوقة للغاية، حتى لو لم تكن الأقوى من حيث الطاقة." تُعد الإلكترونيات المرنة والأجهزة الطبية القابلة للارتداء أيضاً اتجاهات تطبيقية محتملة.