Stora skillnader i lagringskapacitet upptäcktes i vattenbaserade batterier i ett projekt finansierat av USA:s energidepartement och National Science Foundation. Med denna upptäckt är det möjligt att snart uppnå litiumfria batterier.
Forskare från A&M University i Texas upptäckte en skillnad på 1000 % i lagringskapacitet hos metallfria vattenbaserade batterielektroder. Dessa är unika batterier i jämförelse med litiumjonbatterier.
Forskare vill fokusera på batterier av denna typ för att få större kontroll över inhemska leveranskedjor. Potentiella bränder kan undvikas med dessa batterier eftersom de har säkrare kemiska egenskaper.
Enligt professor Lutkenhaus har vattenbaserade batterier en elektrod, anod och katod. Katoder och anoder är polymerer och lagrar energi. Elektrolyter blandas med vatten tillsammans med organiska salter.
Den interagerar med elektroder och är nyckeln till energilagring och jonledning. Icke-konjugerade radikaler och redoxaktiva polymerer är de bästa kandidaterna för metallfria vattenbaserade batterier . Polymerer har snabb redoxkinetik och hög urladdningsspänning. Detta gör reaktionen komplex och svår.
Kemiteknikprofessorn Dr. Jodie Lutkenhaus sa: ”Det skulle inte längre finnas några batteribränder eftersom de är vattenbaserade. I framtiden, om materialbrist förväntas, kommer priset på litiumjonbatterier att stiga kraftigt.”
Om vi har det här alternativa batteriet kan vi vända oss till den här kemin, där tillgången är mycket mer stabil eftersom vi kan tillverka dem här i USA, och materialen för att tillverka dem finns här.
Om en elektrod sväller för mycket under cyklingen kan den inte leda elektroner särskilt bra, och man förlorar all prestanda”, sa hon. ”Jag tror att det är en skillnad på 1 000 % i energilagringskapacitet, beroende på valet av elektrolyt, på grund av svällningseffekter.”
Andra forskare i projektet nämnde: ”Vi demonstrerar redoxreaktionens natur genom att undersöka vattenhaltiga elektrolyter av varierande kao-/kosmotropisk karaktär med hjälp av elektrokemisk kvartskristallmikrovåg med övervakning av dissipation vid olika tidsskalor.”
För att kontrollera om batteriets katod fungerar bättre i närvaro av vissa salter observerade forskare processen makroskopiskt . De mätte exakt hur mycket vatten och salt som går in i batteriet när det är i drift.
Dr. Daniel Tabor , biträdande professor i kemi, sa: ”Teori och experiment samarbetar ofta nära för att förstå dessa material. En av de nya saker vi gör beräkningsmässigt i den här artikeln är att vi faktiskt laddar upp elektroden till flera laddningstillstånd och ser hur omgivningen reagerar på denna laddning.”
Vi gjorde det för att förklara vad som har observerats experimentellt. Med denna nya energilagringsteknik är detta ett framsteg mot litiumfria batterier.
Vi har en bättre bild på molekylär nivå av vad som gör att vissa batterielektroder fungerar bättre än andra, och detta ger oss starka bevis för vart vi kan gå framåt inom materialdesign.
Upptäckten av stora skillnader i lagringskapacitet hos vattenbaserade batterier är en vändpunkt. Snart kan vi ha litiumfria batterier.
Källa: Naturmaterial
