Η ομάδα βρίσκει μεγάλη χωρητικότητα αποθήκευσης σε μπαταρίες με βάση το νερό

Η ομάδα βρίσκει μεγάλη χωρητικότητα αποθήκευσης σε μπαταρίες με βάση το νερό

Χρονική σήμανση: 4 Απριλίου 2023 4:24 π.μ.
Κόμβος πηγής: 2563051
04 Απριλίου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο A&M του Τέξας ανακάλυψαν μια διαφορά 1,000% στην ικανότητα αποθήκευσης ηλεκτροδίων μπαταρίας χωρίς μέταλλο, με βάση το νερό. Αυτές οι μπαταρίες διαφέρουν από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου που περιέχουν κοβάλτιο. Ο στόχος του ομίλου να ερευνήσει μπαταρίες χωρίς μέταλλα προέρχεται από τον καλύτερο έλεγχο της εγχώριας αλυσίδας εφοδιασμού, καθώς το κοβάλτιο και το λίθιο ανατίθενται σε εξωτερικούς συνεργάτες. Αυτή η ασφαλέστερη χημεία θα αποτρέψει επίσης την πυρκαγιά της μπαταρίας. Η καθηγήτρια χημικής μηχανικής Dr. Jodie Lutkenhaus και ο βοηθός καθηγητής χημείας Dr. Daniel Tabor δημοσίευσαν τα ευρήματά τους σχετικά με τις μπαταρίες χωρίς λίθιο στο Φύση Υλικά («Ο ρόλος του ηλεκτρολύτη σε μη συζευγμένα ριζικά πολυμερή για ηλεκτρόδια αποθήκευσης υδατικής ενέργειας χωρίς μέταλλα»). κείμενο Ο καθηγητής Χημικής Μηχανικής Δρ. Η Jodie Lutkenhaus και ο βοηθός καθηγητής χημείας Dr. Ο Daniel Tabor ανακάλυψε σημαντική χωρητικότητα αποθήκευσης σε μπαταρίες με βάση το νερό. (Εικόνα: Texas A&M Engineering) "Δεν θα υπήρχαν πια πυρκαγιές μπαταριών επειδή είναι με βάση το νερό", είπε ο Lutkenhaus. «Στο μέλλον, εάν προβλεφθούν ελλείψεις υλικών, η τιμή των μπαταριών ιόντων λιθίου θα ανέβει πολύ. Εάν έχουμε αυτήν την εναλλακτική μπαταρία, μπορούμε να στραφούμε σε αυτήν τη χημεία, όπου η προμήθεια είναι πολύ πιο σταθερή επειδή μπορούμε να τις κατασκευάσουμε εδώ στις Ηνωμένες Πολιτείες και τα υλικά για την κατασκευή τους είναι εδώ». Ο Lutkenhaus είπε ότι οι υδατικές μπαταρίες αποτελούνται από μια κάθοδο, έναν ηλεκτρολύτη και μια άνοδο. Οι κάθοδοι και οι άνοδοι είναι πολυμερή που μπορούν να αποθηκεύσουν ενέργεια και ο ηλεκτρολύτης είναι νερό αναμεμειγμένο με οργανικά άλατα. Ο ηλεκτρολύτης είναι το κλειδί για την αγωγιμότητα των ιόντων και την αποθήκευση ενέργειας μέσω των αλληλεπιδράσεών του με το ηλεκτρόδιο. «Αν ένα ηλεκτρόδιο διογκωθεί πάρα πολύ κατά τη διάρκεια της ποδηλασίας, τότε δεν μπορεί να άγει τα ηλεκτρόνια πολύ καλά και χάνετε όλη την απόδοση», είπε. «Πιστεύω ότι υπάρχει 1,000% διαφορά στην ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας, ανάλογα με την επιλογή του ηλεκτρολύτη λόγω των φαινομένων διόγκωσης». Σύμφωνα με το άρθρο τους, τα οξειδοαναγωγικά ενεργά, μη συζευγμένα ριζικά πολυμερή (ηλεκτρόδια) είναι υποσχόμενοι υποψήφιοι για υδατικές μπαταρίες χωρίς μέταλλα λόγω της υψηλής τάσης εκφόρτισης των πολυμερών και της γρήγορης οξειδοαναγωγικής κινητικής. Η αντίδραση είναι πολύπλοκη και δύσκολο να επιλυθεί λόγω της ταυτόχρονης μεταφοράς ηλεκτρονίων, ιόντων και μορίων νερού. «Δείχνουμε τη φύση της αντίδρασης οξειδοαναγωγής εξετάζοντας υδατικούς ηλεκτρολύτες ποικίλου χαο-/κοσμοτροπικού χαρακτήρα χρησιμοποιώντας ηλεκτροχημικό μικροζυγό κρυστάλλων χαλαζία με παρακολούθηση της διάχυσης σε μια σειρά χρονικών κλιμάκων», σύμφωνα με τους ερευνητές στο άρθρο. Η ερευνητική ομάδα του Tabor συμπλήρωσε τις πειραματικές προσπάθειες με υπολογιστική προσομοίωση και ανάλυση. Οι προσομοιώσεις έδωσαν πληροφορίες για τη μικροσκοπική μοριακή εικόνα της δομής και της δυναμικής. «Η θεωρία και το πείραμα συχνά συνεργάζονται στενά για την κατανόηση αυτών των υλικών. Ένα από τα νέα πράγματα που κάνουμε υπολογιστικά σε αυτό το έγγραφο είναι ότι φορτίζουμε πραγματικά το ηλεκτρόδιο σε πολλαπλές καταστάσεις φόρτισης και βλέπουμε πώς το περιβάλλον ανταποκρίνεται σε αυτή τη φόρτιση», είπε ο Tabor. Οι ερευνητές παρατήρησαν μακροσκοπικά εάν η κάθοδος της μπαταρίας λειτουργούσε καλύτερα παρουσία ορισμένων ειδών αλάτων, μετρώντας ακριβώς πόσο νερό και αλάτι εισέρχεται στην μπαταρία καθώς λειτουργεί. «Το κάναμε για να εξηγήσουμε τι έχει παρατηρηθεί πειραματικά», είπε. «Τώρα, θα θέλαμε να επεκτείνουμε τις προσομοιώσεις μας σε μελλοντικά συστήματα. Χρειαζόμασταν να επιβεβαιώσουμε τη θεωρία μας για το ποιες είναι οι δυνάμεις που οδηγούν αυτού του είδους την έγχυση νερού και διαλύτη. «Με αυτή τη νέα τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας, αυτή είναι μια ώθηση προς τις μπαταρίες χωρίς λίθιο.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Νανοχόκ