得克薩斯 A&M 研究人員發(fā)現(xiàn)水基電池電極的存儲容量顯著增加。
得克薩斯 A&M 大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，無金屬水基電池電極的存儲容量存在 1,000% 的差異。
無金屬水基電池不同于那些使用鋰離子形式的鈷的電池。該研究小組對此類電池的關(guān)注源于對國內(nèi)供應(yīng)鏈進行更大控制的愿望，因為鈷和鋰通常來自國外。此外，電池更安全的化學(xué)成分可以防止火災(zāi)。
化學(xué)工程教授 Jodie Lutkenhaus 博士和化學(xué)助理教授 Daniel Tabor 博士在Nature Materials上發(fā)表了他們關(guān)于無鋰電池的發(fā)現(xiàn)。
“不會再有電池起火，因為它是水基的，”Lutkenhaus 說。“未來，如果預(yù)計材料短缺，鋰離子電池的價格將大幅上漲。如果我們有這種替代電池，我們可以轉(zhuǎn)向這種化學(xué)物質(zhì)，那里的供應(yīng)要穩(wěn)定得多，因為我們可以在美國制造它們，制造它們的材料也在這里。”
Lutkenhaus 表示，水系電池由陰極、電解質(zhì)和陽極組成。陰極和陽極是可以儲存能量的聚合物，電解質(zhì)是混合有機鹽的水。電解質(zhì)通過與電極的相互作用是離子傳導(dǎo)和能量儲存的關(guān)鍵。
“如果電極在循環(huán)過程中膨脹太多，那么它就不能很好地傳導(dǎo)電子，你就會失去所有的性能，”她說。“我相信儲能容量存在 1000% 的差異，這取決于由于膨脹效應(yīng)而選擇的電解質(zhì)。”
根據(jù)他們的文章，具有氧化還原活性的非共軛自由基聚合物(電極)是無金屬水系電池的有前途的候選者，因為聚合物具有高放電電壓和快速氧化還原動力學(xué)。由于電子、離子和水分子的同時轉(zhuǎn)移，該反應(yīng)復(fù)雜且難以解析。
文章中的研究人員表示：“我們通過使用電化學(xué)石英晶體微天平在一系列時間尺度上進行耗散監(jiān)測來檢查具有不同混沌/親液特性的水性電解質(zhì)，從而證明了氧化還原反應(yīng)的性質(zhì)。”
Tabor 的研究小組通過計算模擬和分析補充了實驗工作。這些模擬讓人們深入了解了結(jié)構(gòu)和動力學(xué)的微觀分子尺度圖。
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