1,000% 差異：發(fā)現(xiàn)水基電池的主要存儲容量

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 大學的科學家發(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，電池更安全的化學成分可以防止火災(zāi)。

化學工程教授 Jodie Lutkenhaus 博士和化學助理教授 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。由于電子、離子和水分子的同時轉(zhuǎn)移，該反應(yīng)復雜且難以解析。

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)和動力學的微觀分子尺度圖。

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