Povećan kapacitet skladištenja u baterijama na bazi vode
Istraživači sa Teksaškog univerziteta A&M otkrili su razliku od 1.000 posto u kapacitetu skladištenja elektroda baterija bez metala na bazi vode.
Ove baterije se razlikuju od Li-jonskih baterija koje sadrže kobalt. Cilj grupe da istražuje baterije bez metala proizilazi iz bolje kontrole nad domaćim lancem snabdevanja pošto su kobalt i litijum angažovani na spoljnim poslovima. Ova bezbednija hemija bi takođe sprečila požare baterija.
Profesor hemijskog inženjerstva dr Jodie Lutkenhaus i docent hemije dr Daniel Tabor objavili su svoja otkrića o baterijama bez litijuma u časopisu Nature Materials.
„Više ne bi bilo paljenja baterija jer je na bazi vode“, rekao je Lutkenhaus. „U budućnosti, ako se planira nestašica materijala, cena litijum-jonskih baterija će znatno porasti. Ako imamo ovu alternativnu bateriju, možemo se okrenuti ovoj hemiji, gde je snabdevanje mnogo stabilnije jer možemo da ih proizvodimo ovde u Sjedinjenim Državama, a materijali za njihovu proizvodnju su ovde.
Lutkenhaus je rekao da se vodene baterije sastoje od katode, elektrolita i anode. Katode i anode su polimeri koji mogu da skladište energiju, a elektrolit je voda pomešana sa organskim solima. Elektrolit je ključ za jonsku provodljivost i skladištenje energije kroz svoje interakcije sa elektrodom.
„Ako elektroda previše nabubri tokom vožnje biciklom, onda ne može dobro da sprovodi elektrone i gubite sve performanse“, rekla je ona. „Verujem da postoji razlika od 1.000 posto u kapacitetu skladištenja energije, u zavisnosti od izbora elektrolita zbog efekata bubrenja.
Prema njihovom članku, redoks aktivni, nekonjugovani radikalni polimeri (elektrode) su obećavajući kandidati za vodene baterije bez metala zbog visokog napona pražnjenja polimera i brze redoks kinetike. Reakcija je složena i teško ju je rešiti zbog istovremenog prenosa elektrona, jona i molekula vode.
„Mi demonstriramo prirodu redoks reakcije ispitivanjem vodenih elektrolita različitog hao-/kosmotropskog karaktera koristeći elektrohemijsku mikrovagu kristala kvarca sa praćenjem disipacije u nizu vremenskih razmaka“, kažu istraživači.
Taborova istraživačka grupa upotpunila je eksperimentalne napore računarskom simulacijom i analizom. Simulacije su dale uvid u mikroskopsku molekularnu sliku strukture i dinamike.
„Teorija i eksperiment često blisko sarađuju da bi razumeli ove materijale. Jedna od novih stvari koje radimo računarski u ovom radu je da zapravo punimo elektrodu do višestrukih stanja naelektrisanja i vidimo kako okolina reaguje na ovo punjenje“, rekao je Tabor.
Istraživači su makroskopski posmatrali da li katoda baterije radi bolje u prisustvu određenih vrsta soli merenjem tačno koliko vode i soli ulazi u bateriju dok ona radi.
„Želeli bismo da proširimo naše simulacije na buduće sisteme. Trebalo je da se potvrdi naša teorija o tome koje su to sile koje pokreću takvu vrstu ubrizgavanja vode i rastvarača“, rekao je Tabor. „Sa ovom novom tehnologijom skladištenja energije, ovo je podsticaj ka baterijama bez litijuma. Imamo bolju sliku na molekularnom nivou o tome šta čini da neke elektrode baterije rade bolje od drugih, i to nam daje jak dokaz o tome gde da idemo napred u dizajnu materijala.
Izvor: techbriefs.com
