В проекте, финансируемом Министерством энергетики США и Национальным научным фондом, обнаружены существенные различия в емкости аккумуляторов на водной основе. Благодаря этому открытию вскоре станет возможным создание аккумуляторов без лития.
Ученые из Техасского университета A&M обнаружили разницу в емкости аккумуляторов на водной основе, не содержащих металлов, в 1000%. Это уникальные батареи по сравнению с литий-ионными батареями.
Ученые хотят сосредоточиться на стеблях этого типа батарей, чтобы получить больший контроль над внутренними цепочками поставок. Потенциального пожара можно избежать с этими батареями, поскольку они имеют более безопасную химию.
По словам профессора Люткенхауса, водные батареи имеют электрод, анод и катод. Катоды и аноды представляют собой полимеры и накапливают энергию. Электролиты смешиваются с водой вместе с органическими солями.
Он взаимодействует с электродами и является ключом к накоплению энергии и ионной проводимости. Несопряженные радикальные и окислительно-восстановительные полимеры являются лучшими кандидатами для безметаллических водных батарей . Полимеры обладают быстрой окислительно-восстановительной кинетикой и высоким напряжением разряда. Это делает реакцию сложной и трудно протекающей.
Профессор химической инженерии доктор Джоди Люткенхаус сказала: «Больше не будет пожаров, связанных с батареями, потому что они используют воду в качестве основы. В будущем, если прогнозируется дефицит материалов, цена литий-ионных батарей значительно вырастет».
Если у нас будет такая альтернативная батарея, мы сможем обратиться к этой химии, поставки которой гораздо более стабильны, поскольку мы можем производить их здесь, в Соединенных Штатах, и материалы для их изготовления есть здесь.
«Если электрод слишком сильно разбухает во время циклической работы, он плохо проводит электроны, и вся производительность пропадает», — сказала она. «Я считаю, что из-за эффекта разбухания разница в емкости хранения энергии может достигать 1,000% в зависимости от выбора электролита».
Другие исследователи проекта отметили: «Мы демонстрируем природу окислительно-восстановительной реакции, изучая водные электролиты с различной хао-/космотропной природой с помощью электрохимических кварцевых микровесов с мониторингом диссипации в различных временных масштабах».
Чтобы проверить, улучшается ли работа катода батареи в присутствии определенных солей, исследователи макроскопически наблюдали за этим процессом . Они измерили точное количество воды и соли, поступающих в батарею во время ее работы.
Доктор Даниэль Табор , доцент кафедры химии, сказал: «Теория и эксперимент часто тесно связаны для понимания этих материалов. Одна из новых задач, которые мы решаем с помощью вычислительных методов в этой статье, заключается в том, что мы фактически заряжаем электрод до нескольких состояний заряда и наблюдаем, как окружающая среда реагирует на это заряд».
Мы сделали это, чтобы объяснить то, что наблюдалось экспериментально. С этой новой технологией хранения энергии это толчок вперед к батареям без лития.
«У нас есть более точная картина на молекулярном уровне того, почему некоторые электроды аккумуляторов работают лучше, чем другие, и это дает нам убедительные доказательства того, в каком направлении двигаться дальше в разработке материалов».
Открытие существенных различий в емкостях хранения, обнаруженных в батареях на водной основе, является поворотным моментом. Скоро у нас могут быть батареи без лития.
Источник: Nature Materials
