俄勒岡州立大學工程學院的研究人員已經開發出一種基于一個新的納米電池陽極合金可以徹底改變能源存儲設備的設計和制造方式。

鋅和manganese-based合金進一步打開門更換溶劑常用與更安全,廉價的電池電解質,以及豐富:海水。

今天公布的研究結果自然通訊。

“世界能源需求增加,但下一代的發展電化學儲能系統能量密度高、循環壽命長仍然是技術挑戰性,”馮說振興,俄勒岡州立大學化學工程研究員。 “水電池,使用水性進行解決方案作為電解質,是一個新興的和更安全的替代鋰離子電池。 但水系統的能量密度相對較低,以及水與鋰發生反應,進一步阻礙了水電池的廣泛使用?！?/span>

電池儲存電力以化學能的形式,通過反應將其轉換為所需的電能電力汽車,手機,筆記本電腦和其他設備和機器。 電池由兩個終端——陽極和陰極,通常由不同的材料做的,以及分離器和電解質,化學介質,允許電荷的流動。

鋰離子電池,顧名思義,一個電荷通過時鋰離子通過電解液從陽極到陰極放電期間,和再充電。

“鋰離子電池電解質通常溶解在有機溶劑,易燃,經常在高分解操作電壓,”馮說。 “因此,很明顯存在著安全隱患,包括與鋰枝晶生長electrode-electrolyte接口; 會導致電極之間的短?！?/span>

樹突像小樹木種植在鋰離子電池和可以通過裂縫皮爾斯分離器像薊增長車道; 結果是不必要的,有時不安全的化學反應。

燃燒事故近年來鋰離子電池包括一個停的波音787飛機在2013年大火,爆炸星系注意7智能手機在2016年2019年,特斯拉型號S火災。

水電池是一種大有前途的選擇安全的和可伸縮的能量儲存,馮說。 水電解質是最具成本競爭力的環保,能夠快速充電和高功率密度和高度容忍處理不當。

阻礙了他們的大規模使用,然而,有限的輸出電壓和低能量密度(電池具有更高的能量密度可以存儲大量的能量,而電池具有更高的功率密度可以更快地釋放大量的能量)。

但是研究人員在俄勒岡州,佛羅里達中央大學和休斯頓大學設計了一個陽極組成一個三維的“zinc-M合金”作為電池陽極,M是指錳和其他金屬。

“合金以其特殊的納米結構的使用不僅抑制樹突形成通過控制表面反應熱力學和反應動力學,它還演示了超高穩定性在嚴酷的電化學條件下成千上萬的周期,”馮說。 “使用鋅可以轉讓費用比鋰的兩倍,從而提高電池的能量密度。

“我們還測試了水電池使用海水,高純去離子水,而是作為電解液,”他補充道。 “我們的工作顯示了這些電池的大規模制造業的商業潛力?！?/span>

馮和博士生Maoyu王使用x光吸收光譜和成像跟蹤原子和陽極在不同運行階段的化學變化,證實了3 d合金是如何運作的電池。

“我們的理論和實驗研究證明了3 d合金陽極具有前所未有的界面穩定性,通過良好的擴散通道的鋅合金表面,”馮說。 ”這個概念在這合作可能會帶來一個范式轉換,即在設計高性能合金陽極的水和無水的電池,電池行業帶來變革的人物?！?/span>