In einem vom US-Energieministerium und der National Science Foundation geförderten Projekt wurden erhebliche Unterschiede in der Speicherkapazität wasserbasierter Batterien festgestellt. Dank dieser Entdeckung könnten bald lithiumfreie Batterien entwickelt werden.
Wissenschaftler aus A & M Universität, Texas entdeckte eine 1000 % Unterschied in der Speicherkapazität von metallfreien Batterieelektroden auf Wasserbasis. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien sind dies einzigartige Batterien.
Wissenschaftler wollen sich auf diesen Batterietyp konzentrieren, um die Kontrolle über die heimischen Lieferketten zu verbessern. Mit diesen Batterien können potenzielle Brände vermieden werden, da ihre chemische Zusammensetzung sicherer ist.
Laut Professor Lütkenhaus bestehen wässrige Batterien aus einer Elektrode, einer Anode und einer Kathode. Kathoden und Anoden sind Polymere und speichern Energie. Elektrolyte werden mit Wasser und organischen Salzen gemischt.
Es interagiert mit Elektroden und ist der Schlüssel zur Energiespeicherung und Ionenleitung. Nichtkonjugierte radikalische und redoxaktive Polymere sind die besten Kandidaten für metallfreie wässrige Batterien. Polymere haben eine schnelle Redoxkinetik und eine hohe Entladespannung. Dies macht die Reaktion komplex und schwierig.
Professor für Chemieingenieurwesen Dr. Jodie Lutkenhaus sagte „Da die Batterien auf Wasserbasis hergestellt werden, gäbe es keine Batteriebrände mehr. Sollten künftig Materialengpässe zu erwarten sein, würden die Preise für Lithium-Ionen-Batterien deutlich steigen.“
Wenn wir diese alternative Batterie haben, können wir auf diese Chemie zurückgreifen, bei der die Versorgung viel stabiler ist, weil wir sie hier in den Vereinigten Staaten herstellen können und die Materialien für ihre Herstellung hier vorhanden sind.
Wenn eine Elektrode während des Zyklus zu stark anschwillt, kann sie die Elektronen nicht mehr so gut leiten und die gesamte Leistung geht verloren“, , sagte sie. „Ich glaube, dass es aufgrund von Quelleffekten einen Unterschied von 1,000 % in der Energiespeicherkapazität gibt, abhängig von der Wahl des Elektrolyten.“
Andere Forscher des Projekts erwähnten, „Wir demonstrieren die Natur der Redoxreaktion durch die Untersuchung wässriger Elektrolyte mit unterschiedlichem chao-/kosmotropen Charakter mithilfe einer elektrochemischen Quarzkristall-Mikrowaage mit Dissipationsüberwachung in verschiedenen Zeitskalen.“
Um zu überprüfen, ob die Batteriekathode in Gegenwart bestimmter Salze besser funktioniert, Forscher beobachteten den Prozess makroskopischSie haben gemessen, wie viel Wasser und Salz während des Betriebs genau in die Batterie gelangt.
Dr. Daniel Tabor, Assistenzprofessor für Chemie, sagte: „Theorie und Experiment arbeiten oft eng zusammen, um diese Materialien zu verstehen. Eine der neuen rechnerischen Möglichkeiten in dieser Arbeit besteht darin, dass wir die Elektrode tatsächlich auf mehrere Ladezustände aufladen und beobachten, wie die Umgebung auf diese Aufladung reagiert.“
Wir haben das getan, um zu erklären, was experimentell beobachtet wurde. Mit dieser neuen Energiespeichertechnologie geht es auf dem Weg zu lithiumfreien Batterien voran.
Wir haben auf molekularer Ebene ein besseres Bild davon, warum manche Batterieelektroden besser funktionieren als andere, und das gibt uns klare Hinweise darauf, in welche Richtung wir bei der Materialentwicklung gehen müssen.“
Die Entdeckung großer Unterschiede in der Speicherkapazität wasserbasierter Batterien stellt einen Wendepunkt dar. Bald könnten wir lithiumfreie Batterien haben.
Quelle: Nature Materials
