Forskere et skridt tættere på at skabe økologiske batterier

Forskere fra York University har opdaget en måde at gøre lithium-drevne batterier mere miljøvenlige og samtidig bevare ydeevnen, stabilitet og lagerkapacitet.

Lithium-ion-batterier bruger giftige, tungmetaller, som kan påvirke miljøet, når de udvindes fra jorden og er svære at bortskaffe sikkert. Kobolt er et af de tungmetaller, bruges i batterielektroder. En del af problemet er, at lithium og kobolt ikke er rigeligt tilgængelige, og forsyningerne svinder ind.

Brug af organiske materialer er vejen frem, og det har forskere som professor Thomas Baumgartner fra Det Naturvidenskabelige Fakultet og hans team travlt med at udvikle og teste nye molekyler for at finde de rigtige til at erstatte de sjældne metaller, der i øjeblikket er i brug.

"Økologiske elektrodematerialer anses for at være ekstremt lovende materialer til bæredygtige batterier med høj effektkapacitet, " han siger.

Deres seneste gennembrud er skabelsen af ​​et nyt kulstofbaseret organisk molekyle, der kan erstatte den kobolt, der nu bruges i katoder eller positive elektroder i lithium-ion-batterier. Det nye materiale afhjælper manglerne ved det uorganiske materiale og bibeholder samtidig ydeevnen.

"Elektroder lavet med organiske materialer kan lave storskala fremstilling, genbrug eller bortskaffelse af disse elementer mere miljøvenligt, " siger Baumgartner. "Målet er at skabe bæredygtige batterier, der er stabile og har lige så god, hvis ikke bedre kapacitet."

Forskningen er publiceret og præsenteret på forsiden af ​​marts-udgaven af ​​tidsskriftet Batterier og superkapsler , en ChemPubSoc-publikation.

"Med denne særlige klasse af molekyler, som vi har lavet, den elektroaktive komponent er meget velegnet til batterier, da den er meget god til at lagre elektriske ladninger og har god langtidsstabilitet, " han siger.

Baumgartner og hans gruppe rapporterede tidligere om den elektroaktive komponent i et papir offentliggjort i tidsskriftet Advanced Energy Materials.

"Vi har optimeret denne elektroaktive komponent og sat den i et batteri. Den har en meget god spænding, op til 3,5 volt, som virkelig er der, hvor de nuværende batterier er nu, " siger han. "Det er et vigtigt skridt fremad i at lave helt økologiske og bæredygtige batterier."

Baumgartner, sammen med postdoc-forskerne Colin Brides og Monika Stolar, har også vist, at dette materiale er stabilt i langtidsdrift med evnen til at oplade og aflade i 500 cyklusser. En af ulemperne ved uorganiske elektroder er, at de genererer betydelig varme under opladning og kræver begrænsede afladningshastigheder af sikkerhedsmæssige årsager. Dette nye molekyle afhjælper denne mangel.

Det næste skridt, siger Baumgartner, er at forbedre kapaciteten yderligere. Hans team er i øjeblikket ved at udvikle den næste generation af molekyler, der viser løfte om at kunne øge den nuværende kapacitet.