Повышенная емкость хранения воды

Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас

Исследователи из Техасского университета A&M обнаружили 1000-процентную разницу в емкости аккумуляторов безметалловых электродов на водной основе.

Эти батареи отличаются от литий-ионных батарей, содержащих кобальт. Цель группы по исследованию безметалловых батарей связана с улучшением контроля над внутренней цепочкой поставок, поскольку кобальт и литий передаются на аутсорсинг. Этот более безопасный химический состав также предотвратит возгорание аккумуляторной батареи.

Профессор химической инженерии доктор Джоди Луткенхаус и доцент химии доктор Дэниел Табор опубликовали свои выводы о безлитиевых батареях в журнале Nature Materials.

«Больше не будет возгораний от аккумуляторов, потому что они основаны на воде», — сказал Луткенхаус. «В будущем, если прогнозируется нехватка материалов, цены на литий-ионные батареи значительно вырастут. Если у нас будет эта альтернативная батарея, мы сможем обратиться к этой химии, где поставки гораздо более стабильны, потому что мы можем производить их здесь. в Соединенных Штатах, а материалы для их изготовления находятся здесь».

Луткенхаус сказал, что водные батареи состоят из катода, электролита и анода. Катоды и аноды представляют собой полимеры, способные накапливать энергию, а электролит — вода, смешанная с органическими солями. Электролит играет ключевую роль в ионной проводимости и накоплении энергии посредством взаимодействия с электродом.

«Если электрод слишком сильно разбухает во время езды на велосипеде, он не может хорошо проводить электроны, и вы теряете все характеристики», — сказала она. «Я считаю, что существует 1000-процентная разница в емкости хранения энергии, зависящая от выбора электролита из-за эффекта набухания».

Согласно их статье, окислительно-восстановительные несопряженные радикальные полимеры (электроды) являются многообещающими кандидатами на роль безметалловых водных аккумуляторов из-за высокого разрядного напряжения полимеров и быстрой окислительно-восстановительной кинетики. Реакция сложна и ее трудно разрешить из-за одновременного переноса электронов, ионов и молекул воды.

«Мы демонстрируем природу окислительно-восстановительной реакции, исследуя водные электролиты различного хао-/космотропного характера с помощью электрохимических кварцевых микровесов с мониторингом диссипации в различных временных масштабах», — говорят исследователи.

Исследовательская группа Табора дополнила экспериментальные усилия компьютерным моделированием и анализом. Моделирование дало представление о микроскопической картине структуры и динамики на молекулярном уровне.

«Теория и эксперимент часто тесно сотрудничают, чтобы понять эти материалы. Одна из новых вещей, которые мы делаем в этой статье в вычислительном отношении, заключается в том, что мы фактически заряжаем электрод до нескольких состояний заряда и наблюдаем, как окружающая среда реагирует на этот заряд», — Табор сказал.

Исследователи макроскопически наблюдали, работает ли катод батареи лучше в присутствии определенных видов солей, точно измеряя, сколько воды и соли попадает в батарею во время ее работы.

«Мы хотели бы распространить наше моделирование на будущие системы. Нам нужно было подтвердить нашу теорию о том, какие силы управляют такого рода впрыском воды и растворителя», — сказал Тейбор. «Благодаря этой новой технологии хранения энергии это шаг вперед к безлитиевым батареям. У нас есть более четкое представление на молекулярном уровне о том, что заставляет одни аккумуляторные электроды работать лучше, чем другие, и это дает нам убедительные доказательства того, куда двигаться дальше в области материалов. дизайн."

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Эми Халберт по адресу: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.; 979-458-4243.

Эта статья впервые появилась в июньском выпуске журнала Battery & Electrification Technology Magazine за 2023 год.

Больше статей из архива читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ