Halvflydende batteri er konkurrencedygtigt med både Li-ion batterier og superkapacitorer

(Phys.org) – Et nyt halvflydende batteri udviklet af forskere ved University of Texas i Austin har udvist opmuntrende tidlige resultater, omfatter mange af de ønskede funktioner i en topmoderne energilagringsenhed. I særdeleshed, det nye batteri har en arbejdsspænding svarende til et lithium-ion batteri, en effekttæthed, der kan sammenlignes med en superkondensator, og den kan bevare sin gode ydeevne, selv når den oplades og aflades ved meget høje hastigheder.

Forskerne, ledet af adjunkt Guihua Yu, sammen med Yu Ding og Yu Zhao, ved UT Austin, har udgivet deres papir om den nye membranfri, halvflydende batteri i et nyligt nummer af Nano bogstaver . Forskerne forklarer, at batteriet betragtes som "halvflydende", fordi det bruger en flydende ferrocenelektrolyt, en flydende katode, og en solid lithiumanode.

"Den største betydning af vores arbejde er, at vi har designet et halvflydende batteri baseret på en ny kemi, " fortalte Yu Phys.org . "Batteriet udviser fremragende hastighedskapacitet, der kan oplades eller aflades fuldt ud næsten inden for et minut, samtidig med at den opretholder god energieffektivitet og rimelig energitæthed, repræsenterer et lovende prototype flydende redox -batteri med både høj energitæthed og effekttæthed til energilagring. "

Batteriet er designet til applikationer inden for to af de største områder inden for batteriteknologi:hybride elbiler og energilagring til vedvarende energiressourcer.

Som vist i figuren ovenfor, batteriets høje effekttæthed (1400 W/L) og gode energitæthed (40 Wh/L) sætter det i den enestående gunstige position ved at kombinere en effekttæthed, der er lige så høj som den for nuværende superkondensatorer med en energitæthed på niveau med de af state-of-the-art redox flow batterier og bly-syre batterier, dog lidt lavere end for lithium-ion-batterier. Denne kombination er især attraktiv for elbiler, hvor effekttætheden svarer til tophastigheden og energitætheden til køretøjets rækkevidde pr. opladning.

Forskerne rapporterer også i deres papir, at det nye batteri har en høj kapacitet (137 mAh/g) og en høj kapacitetsretention på 80 % i 500 cyklusser.

Forskerne tilskriver batteriets gode ydeevne i høj grad til dets flydende elektrodedesign, der muliggør dets højhastighedskapacitet, som dybest set er et mål for, hvor hurtigt batteriet fungerer. Ionerne kan bevæge sig gennem det flydende batteri meget hurtigt sammenlignet med i et fast batteri, og redoxreaktionerne, hvor elektronerne overføres mellem elektroder, sker også med meget høje hastigheder i netop dette batteri. Til sammenligning, værdierne, der bruges til at måle disse hastigheder (diffusionskoefficienten og reaktionskonstanten) er størrelsesordener større i det nye batteri end i de fleste konventionelle strømbatterier.

Selvom batteriet ser meget lovende ud indtil videre, forskerne bemærker, at der stadig skal gøres mere arbejde, især vedrørende lithiumanoden.

"Den potentielle svaghed ved dette batteri er litiumanoden med hensyn til langsigtet stabilitet og sikkerhed, " sagde Yu. "Mere avanceret lithiumanodebeskyttelse er påkrævet for fuldt ud at undertrykke selvafladning. Vi antager, at andre metaller som zink og magnesium også kan fungere som anode for et sådant batteri, så længe elektrolytkompatibiliteten er løst. Vi forventer også, at andre organometalliske forbindelser med multi-valenstilstande metalcentre (redoxcentre) også kan fungere som anode, hvilket i sidste ende ville gøre batteriet helt flydende. "

I fremtiden, forskerne planlægger at teste batteriets langtidsholdbarhed, især dens lithium anode, under realistiske driftsbetingelser. Ud over, forskerne ønsker at finde en måde at øge ferrocens opløselighed for yderligere at øge energitætheden for at konkurrere med nuværende lithium-ion-batterier og samtidig bevare dens meget høje effekttæthed.

© 2015 Phys.org