Tým nachází velkou úložnou kapacitu ve vodních bateriích
Vědci z Texas A&M University objevili 1000% rozdíl v úložné kapacitě elektrod baterií na vodní bázi bez obsahu kovů.
Tyto baterie se liší od lithium-iontových baterií, které obsahují kobalt. Cíl skupiny zkoumat bezkovové baterie pramení z lepší kontroly nad domácím dodavatelským řetězcem, protože kobalt a lithium jsou outsourcovány. Tato bezpečnější chemie by také zabránila požáru baterie.
Profesorka chemického inženýrství Dr. Jodie Lutkenhaus a odborný asistent chemie Dr. Daniel Tabor zveřejnili své poznatky o bateriích bez lithia v Nature Materials .
"Už by nedocházelo k požárům baterie, protože je na vodní bázi," řekl Lutkenhaus. "V budoucnu, pokud se bude promítat nedostatek materiálů, cena lithium-iontových baterií půjde výrazně nahoru. Pokud budeme mít tuto alternativní baterii, můžeme se obrátit na tuto chemii, kde je nabídka mnohem stabilnější, protože je můžeme vyrábět u nás." ve Spojených státech a materiály k jejich výrobě jsou zde."
Lutkenhaus uvedl, že vodné baterie se skládají z katody, elektrolytu a anody. Katody a anody jsou polymery, které mohou uchovávat energii, a elektrolytem je voda smíchaná s organickými solemi. Elektrolyt je klíčem k vedení iontů a ukládání energie prostřednictvím svých interakcí s elektrodou.
"Pokud elektroda během cyklování příliš bobtná, nemůže velmi dobře vést elektrony a ztrácíte veškerý výkon," řekla. "Věřím, že existuje 1000% rozdíl v kapacitě akumulace energie v závislosti na volbě elektrolytu kvůli bobtnání."
Podle jejich článku jsou redoxně aktivní, nekonjugované radikálové polymery (elektrody) slibnými kandidáty pro bezkovové vodné baterie kvůli vysokému vybíjecímu napětí polymerů a rychlé redoxní kinetice. Reakce je složitá a obtížně řešitelná kvůli současnému přenosu elektronů, iontů a molekul vody.
"Demonstrujeme povahu redoxní reakce zkoumáním vodných elektrolytů různého chao-/kosmotropního charakteru pomocí elektrochemických křemenných krystalových mikrovah s monitorováním rozptylu v různých časových škálách," uvádí výzkumníci v článku.
Taborova výzkumná skupina doplnila experimentální úsilí o výpočetní simulaci a analýzu. Simulace poskytly vhled do mikroskopického obrazu struktury a dynamiky v molekulárním měřítku.
"Teorie a experiment často úzce spolupracují, abychom porozuměli těmto materiálům. Jednou z nových věcí, které v tomto článku provádíme výpočtově, je to, že ve skutečnosti nabíjíme elektrodu do více stavů nabití a vidíme, jak okolí na toto nabíjení reaguje," Tabor řekl.
Výzkumníci makroskopicky pozorovali, zda katoda baterie funguje lépe v přítomnosti určitých druhů solí, a to měřením přesně toho, kolik vody a soli jde do baterie při jejím provozu.
"Udělali jsme to, abychom vysvětlili, co bylo experimentálně pozorováno," řekl. "Nyní bychom rádi rozšířili naše simulace na budoucí systémy. Potřebovali jsme mít potvrzenou naši teorii o tom, jaké jsou síly, které pohánějí tento druh vstřikování vody a rozpouštědla."
"S touto novou technologií skladování energie je to posun vpřed k bezlithným bateriím. Máme lepší představu o tom, co způsobuje, že některé elektrody baterií fungují lépe než jiné, a to nám dává silný důkaz o tom, kam jít v oblasti materiálů." design,“ řekl Tabor.
