Team finder stor lagerkapacitet i vandbaserede batterier

04. april 2023 (Nanowerk nyheder) Forskere ved Texas A&M University har opdaget en forskel på 1,000 % i lagerkapaciteten for metalfri, vandbaserede batterielektroder. Disse batterier er forskellige fra lithium-ion-batterier, der indeholder kobolt. Gruppens mål om at forske i metalfrie batterier stammer fra at have bedre kontrol over den indenlandske forsyningskæde, da kobolt og lithium er outsourcet. Denne sikrere kemi ville også forhindre batteribrande. Kemiingeniørprofessor Dr. Jodie Lutkenhaus og kemiassistentprofessor Dr. Daniel Tabor har offentliggjort deres resultater om lithiumfrie batterier i Nature Materials ("Elektrolyttens rolle i ikke-konjugerede radikale polymerer til metalfrie vandige energilagringselektroder"). Kemiteknik professor Dr. Jodie Lutkenhaus og kemiassistentprofessor Dr. Daniel Tabor har opdaget betydelig lagerkapacitet i vandbaserede batterier. (Billede: Texas A&M Engineering) "Der ville ikke være batteribrande længere, fordi det er vandbaseret," sagde Lutkenhaus. "I fremtiden, hvis der forventes materialemangel, vil prisen på lithium-ion-batterier stige meget. Hvis vi har dette alternative batteri, kan vi vende os til denne kemi, hvor forsyningen er meget mere stabil, fordi vi kan fremstille dem her i USA, og materialer til at fremstille dem er her." Lutkenhaus sagde, at vandige batterier består af en katode, elektrolyt og en anode. Katoderne og anoderne er polymerer, der kan lagre energi, og elektrolytten er vand blandet med organiske salte. Elektrolytten er nøglen til ionledning og energilagring gennem dens interaktioner med elektroden. "Hvis en elektrode svulmer for meget under cykling, så kan den ikke lede elektroner særlig godt, og du mister al ydeevne," sagde hun. "Jeg tror, ​​at der er en forskel på 1,000 % i energilagringskapacitet, afhængigt af elektrolytvalget på grund af kvældningseffekter." Ifølge deres artikel er redoxaktive, ikke-konjugerede radikalpolymerer (elektroder) lovende kandidater til metalfrie vandige batterier på grund af polymerernes høje afladningsspænding og hurtige redoxkinetik. Reaktionen er kompleks og vanskelig at løse på grund af den samtidige overførsel af elektroner, ioner og vandmolekyler. "Vi demonstrerer arten af ​​redoxreaktionen ved at undersøge vandige elektrolytter af varierende kao-/kosmotropisk karakter ved hjælp af elektrokemisk kvartskrystalmikrobalance med dissipationsovervågning på en række tidsskalaer," ifølge forskere i artiklen. Tabors forskningsgruppe supplerede den eksperimentelle indsats med beregningssimulering og analyse. Simuleringerne gav indsigt i det mikroskopiske molekylære billede af strukturen og dynamikken. "Teori og eksperiment arbejder ofte tæt sammen for at forstå disse materialer. En af de nye ting, vi gør beregningsmæssigt i dette papir, er, at vi faktisk oplader elektroden til flere ladningstilstande og ser, hvordan omgivelserne reagerer på denne opladning," sagde Tabor. Forskere observerede makroskopisk, om batterikatoden fungerede bedre i nærværelse af visse slags salte ved at måle præcis, hvor meget vand og salt, der kommer ind i batteriet, mens det er i drift. "Vi gjorde det for at forklare, hvad der er blevet observeret eksperimentelt," sagde han. "Nu vil vi gerne udvide vores simuleringer til fremtidige systemer. Vi havde brug for at få bekræftet vores teori om, hvilke kræfter der driver den slags injektion af vand og opløsningsmiddel. "Med denne nye energilagringsteknologi er dette et skub fremad til lithiumfrie batterier.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=62734.php