Augmentation de la capacité de stockage dans l'eau

Université Texas A&M, College Station, Texas

Des chercheurs de la Texas A&M University ont découvert une différence de 1 000 % dans la capacité de stockage des électrodes de batterie à base d'eau sans métal.

Ces batteries sont différentes des batteries Li-ion qui contiennent du cobalt. L'objectif du groupe de rechercher des batteries sans métal découle d'un meilleur contrôle de la chaîne d'approvisionnement nationale puisque le cobalt et le lithium sont externalisés. Cette chimie plus sûre empêcherait également les incendies de batterie.

Le professeur de génie chimique, le Dr Jodie Lutkenhaus, et le professeur adjoint de chimie, le Dr Daniel Tabor, ont publié leurs découvertes sur les batteries sans lithium dans Nature Materials.

"Il n'y aurait plus d'incendies de batterie car c'est à base d'eau", a déclaré Lutkenhaus. "A l'avenir, si des pénuries de matériaux sont prévues, le prix des batteries lithium-ion va monter en flèche. Si nous avons cette batterie alternative, nous pouvons nous tourner vers cette chimie, où l'approvisionnement est beaucoup plus stable car nous pouvons les fabriquer ici. aux États-Unis et les matériaux pour les fabriquer sont ici."

Lutkenhaus a déclaré que les batteries aqueuses se composent d'une cathode, d'un électrolyte et d'une anode. Les cathodes et les anodes sont des polymères capables de stocker de l'énergie et l'électrolyte est de l'eau mélangée à des sels organiques. L'électrolyte est la clé de la conduction ionique et du stockage d'énergie grâce à ses interactions avec l'électrode.

"Si une électrode gonfle trop pendant le cycle, elle ne peut pas très bien conduire les électrons et vous perdez toutes les performances", a-t-elle déclaré. "Je crois qu'il y a une différence de 1 000% dans la capacité de stockage d'énergie, selon le choix de l'électrolyte en raison des effets de gonflement."

Selon leur article, les polymères radicaux redox-actifs non conjugués (électrodes) sont des candidats prometteurs pour les batteries aqueuses sans métal en raison de la tension de décharge élevée des polymères et de la cinétique redox rapide. La réaction est complexe et difficile à résoudre en raison du transfert simultané d'électrons, d'ions et de molécules d'eau.

"Nous démontrons la nature de la réaction redox en examinant des électrolytes aqueux de caractère chao-/kosmotropique variable à l'aide d'une microbalance électrochimique à cristal de quartz avec surveillance de la dissipation à une gamme d'échelles de temps", selon les chercheurs.

Le groupe de recherche de Tabor a complété les efforts expérimentaux par une simulation et une analyse informatiques. Les simulations ont donné un aperçu de l'image microscopique à l'échelle moléculaire de la structure et de la dynamique.

"La théorie et l'expérience travaillent souvent en étroite collaboration pour comprendre ces matériaux. L'une des nouvelles choses que nous faisons informatiquement dans cet article est que nous chargeons l'électrode à plusieurs états de charge et voyons comment l'environnement réagit à cette charge", a déclaré Tabor. a dit.

Les chercheurs ont observé macroscopiquement si la cathode de la batterie fonctionnait mieux en présence de certains types de sels en mesurant exactement la quantité d'eau et de sel entrant dans la batterie pendant son fonctionnement.

"Nous aimerions étendre nos simulations aux futurs systèmes. Nous avions besoin de confirmer notre théorie sur les forces qui entraînent ce type d'injection d'eau et de solvant", a déclaré Tabor. "Avec cette nouvelle technologie de stockage d'énergie, il s'agit d'une avancée vers les batteries sans lithium. Nous avons une meilleure image au niveau moléculaire de ce qui fait que certaines électrodes de batterie fonctionnent mieux que d'autres, et cela nous donne des preuves solides de la voie à suivre dans les matériaux. conception."

Pour plus d'informations, contactez Amy Halbert à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour le voir.; 979-458-4243.

Cet article est paru pour la première fois dans le numéro de juin 2023 de Battery & Electrification Technology Magazine.

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