Maggiore capacità di stoccaggio in acqua

Università del Texas A&M, College Station, Texas

I ricercatori della Texas A&M University hanno scoperto una differenza del 1.000% nella capacità di stoccaggio degli elettrodi delle batterie a base acqua, prive di metalli.

Queste batterie sono diverse dalle batterie agli ioni di litio che contengono cobalto. L'obiettivo del gruppo di ricercare batterie prive di metalli deriva dall'avere un migliore controllo sulla catena di approvvigionamento nazionale poiché cobalto e litio sono esternalizzati. Questa chimica più sicura preverrebbe anche gli incendi delle batterie.

La professoressa di ingegneria chimica Dr. Jodie Lutkenhaus e il professore assistente di chimica Dr. Daniel Tabor hanno pubblicato le loro scoperte sulle batterie prive di litio in Nature Materials.

"Non ci sarebbero più incendi delle batterie perché sono a base d'acqua", ha detto Lutkenhaus. "In futuro, se si prevede una carenza di materiali, il prezzo delle batterie agli ioni di litio aumenterà notevolmente. Se disponiamo di questa batteria alternativa, possiamo rivolgerci a questa chimica, dove la fornitura è molto più stabile perché possiamo produrle qui negli Stati Uniti e i materiali per realizzarli sono qui."

Lutkenhaus ha affermato che le batterie acquose sono costituite da un catodo, un elettrolita e un anodo. I catodi e gli anodi sono polimeri in grado di immagazzinare energia e l'elettrolita è acqua mescolata con sali organici. L'elettrolita è fondamentale per la conduzione ionica e l'accumulo di energia attraverso le sue interazioni con l'elettrodo.

"Se un elettrodo si gonfia troppo durante il ciclo, non può condurre molto bene gli elettroni e si perdono tutte le prestazioni", ha detto. "Credo che ci sia una differenza del 1.000% nella capacità di accumulo di energia, a seconda dell'elettrolita scelto, a causa degli effetti di rigonfiamento."

Secondo il loro articolo, i polimeri radicalici (elettrodi) redox-attivi e non coniugati sono candidati promettenti per batterie acquose prive di metalli a causa dell'elevata tensione di scarica dei polimeri e della rapida cinetica redox. La reazione è complessa e difficile da risolvere a causa del trasferimento simultaneo di elettroni, ioni e molecole d'acqua.

"Dimostriamo la natura della reazione redox esaminando elettroliti acquosi di vario carattere cao-/cosmotropico utilizzando una microbilancia elettrochimica a cristalli di quarzo con monitoraggio della dissipazione in una serie di scale temporali", secondo i ricercatori.

Il gruppo di ricerca di Tabor ha integrato gli sforzi sperimentali con simulazioni e analisi computazionali. Le simulazioni hanno fornito informazioni dettagliate sul quadro microscopico su scala molecolare della struttura e della dinamica.

"La teoria e l'esperimento spesso lavorano a stretto contatto per comprendere questi materiali. Una delle nuove cose che facciamo a livello computazionale in questo articolo è che carichiamo effettivamente l'elettrodo a più stati di carica e vediamo come l'ambiente circostante risponde a questa carica," Tabor disse.

I ricercatori hanno osservato macroscopicamente se il catodo della batteria funzionava meglio in presenza di determinati tipi di sali misurando esattamente la quantità di acqua e sale che entrano nella batteria mentre è in funzione.

"Vorremmo espandere le nostre simulazioni a sistemi futuri. Avevamo bisogno di confermare la nostra teoria su quali sono le forze che guidano quel tipo di iniezione di acqua e solvente", ha detto Tabor. "Con questa nuova tecnologia di accumulo dell'energia, si tratta di un passo avanti verso le batterie prive di litio. Abbiamo un quadro migliore a livello molecolare di ciò che fa sì che alcuni elettrodi delle batterie funzionino meglio di altri, e questo ci fornisce una prova evidente di dove andare avanti nel campo dei materiali." progetto."

Per ulteriori informazioni, contattare Amy Halbert all'indirizzo Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.; 979-458-4243.

Questo articolo è apparso per la prima volta nel numero di giugno 2023 di Battery & Electrification Technology Magazine.

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