Baterije na bazi vode mogu biti alternativa litijumskim

Bezmetalne baterije na bazi vode jedinstvene su i potpuno drugačije od onih koje koriste kobalt u litij-ionskom obliku. Fokus istraživačke skupine na ovu vrstu baterija proizlazi iz želje za većom kontrolom nad domaćim opskrbnim lancem, budući da se kobalt i litij obično nabavljaju u drugim zemljama. Osim toga, sigurnija kemija baterije mogla bi spriječiti potencijalne požare.

Profesor kemijskog inženjerstva dr. Jodie Lutkenhaus i docentica kemije Dr. Daniel Tabor objavio je svoja otkrića o baterijama bez litija u časopisu Nature Materials.

Ne bi više bilo paljenja baterija jer je sve na bazi vode, rekao je Lutkenhaus. Ako se u budućnosti dogodi očekivana nestašica materijala, cijena litij-ionskih baterija će vjerojatno rasti. Ako imamo alternativnu bateriju, možemo se okrenuti ovom kemijskom sastavu, gdje je opskrba mnogo stabilnija, jer ih možemo proizvesti u Sjedinjenim Američkim Državama, a materijali za njihovu izradu dostupni su ovdje."

Lutkenhaus je rekao da se vodene baterije sastoje od katode, elektrolita i anode. Katode i anode su polimeri koji mogu pohraniti energiju, a elektrolit je voda pomiješana s organskim solima. Elektrolit je ključan za ionsku vodljivost i skladištenje energije kroz interakciju s elektrodom.

»Če elektroda tijekom svojih ciklusa previšeč nabubri, tada ne može dobro prenositi elektrone i gubite sve svoje performanse,'' rekla je. "Vjerujem da postoji razlika od 1000 posto u kapacitetu skladištenja energije ovisno o izboru elektrolita zbog učinaka bubrenja."

Prema njihovom članku, redoks-aktivni, nekonjugirani radikalni polimeri (elektrode) obećavajući su kandidati za bezmetalne vodene baterije zbog visokog napona pražnjenja polimera i brze redoks kinetike. Reakcija je složena i teško rješiva zbog istovremenog prijenosa elektrona, iona i molekula vode.

Istraživačka skupina Tabora nadopunila je eksperimentalne napore računalnim simulacijama i analizama. Simulacije su omogućile uvid u mikroskopsku molekularnu sliku strukture i dinamike.

“Teorija i eksperiment često blisko surađuju u razumijevanju ovih materijala. Jedna od novih stvari koje računalno radimo u ovom radu jest da stvarno napunimo elektrodu na više od stanje naboja i vidimo kako okolina reagira na taj naboj“, rekao je Tabor.

Istraživači su makroskopski promatrali radi li katoda baterije bolje u prisutnosti određenih vrsta soli preciznim mjerenjem koliko je vode i soli ušlo u bateriju tijekom rada.

"Učinili smo ovo kako bismo objasnili ono što smo eksperimentalno promatrali", rekao je. "Sada bismo željeli proširiti naše simulacije na buduće sustave. Morali smo potvrditi našu teoriju o tome koje su to sile koje pokreću takvo ubrizgavanje vode i otapala."

“S ovom novom tehnologijom za pohranu energije, korak smo bliže baterijama bez litija. Na molekularnoj razini imamo bolju predodžbu o tome zašto neke baterijske elektrode rade bolje od drugih, a to nam daje snažne dokaze i smjernice kako ići naprijed u dizajnu materijala', rekao je Tabor.