Исследователи из Техасского университета A&M обнаружили 1000-процентную разницу в емкости аккумуляторных электродов, не содержащих металлов, то есть на водной основе.
Эти батареи отличаются от литий-ионных батарей, содержащих кобальт. Цель группы по исследованию безметалловых аккумуляторов связана с улучшением контроля над внутренней цепочкой поставок, поскольку кобальт и литий передаются на аутсорсинг. По словам исследователей, эта более безопасная химия также предотвратит возгорание батарей.
Профессор химической инженерии доктор Джоди Луткенхаус и доцент кафедры химии доктор Дэниел Табор опубликовали свои выводы о батареях, не содержащих лития, в журнале Nature Materials .
Водные батареи состоят из катода, электролита и анода. Катоды и аноды представляют собой полимеры, способные накапливать энергию, а электролит представляет собой воду, смешанную с органическими солями. Электролит является ключом к ионной проводимости и хранению энергии благодаря его взаимодействию с электродом.
«Если электрод слишком сильно набухает во время циклирования, он не может хорошо проводить электроны, и вы теряете все характеристики», — сказала она. «Я считаю, что существует 1000-процентная разница в емкости накопления энергии в зависимости от выбора электролита из-за эффекта набухания».
Согласно их статье, окислительно-восстановительные, несопряженные радикальные полимеры (электроды) являются многообещающими кандидатами для безметалловых водных батарей из-за высокого напряжения разряда полимеров и быстрой кинетики окислительно-восстановительного потенциала. Реакция сложная и трудноразрешимая из-за одновременного переноса электронов, ионов и молекул воды.
«Мы демонстрируем природу окислительно-восстановительной реакции, исследуя водные электролиты с различным хао-/космотропным характером, используя микровесы электрохимического кристалла кварца с мониторингом диссипации в различных временных масштабах», — сказали исследователи.
Исследовательская группа Табора дополнила экспериментальные работы компьютерным моделированием и анализом. Моделирование дало представление о микроскопической молекулярной картине структуры и динамики.
«Теория и эксперимент часто тесно сотрудничают, чтобы понять эти материалы. Одна из новых вещей, которые мы делаем с помощью вычислений в этой статье, заключается в том, что мы фактически заряжаем электрод до нескольких состояний заряда и смотрим, как окружающая среда реагирует на эту зарядку», — сказал Табор.
Исследователи наблюдали, работает ли катод батареи лучше в присутствии определенных видов солей, точно измеряя, сколько воды и соли поступает в батарею во время ее работы.
«Мы сделали это, чтобы объяснить то, что наблюдалось экспериментально», — сказал он. «Теперь мы хотели бы расширить наши симуляции на будущие системы. Нам нужно было подтвердить нашу теорию о том, какие силы управляют такой закачкой воды и растворителя».
Табор добавил, что эта технология является толчком к созданию аккумуляторов, не содержащих лития, что позволяет лучше понять на молекулярном уровне то, что заставляет одни электроды батареи работать лучше, чем другие, и дает убедительные доказательства того, куда двигаться дальше в разработке материалов.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com