Bateriile fără metale aduc speranțe pentru rețele mai durabile și mai economice

Bateriile fără metale care utilizează cationi de amoniu ca purtători de sarcină ar putea oferi înlocuitori ecologici și durabili pentru bateriile pe bază de ioni metalici, arată cercetătorii de la KAUST, din Arabia Saudită.

Bateriile cu ioni metalici, cum ar fi bateriile litiu-ion, sunt cea mai întâlnită metodă actuală de stocare a energiei. Ele domină piața de electronice portabile de larg consum și vehicule electrice datorită densității mari de energie și versatilității lor.

• Galileo Galilei, omul care a schimbat cursul istoriei. „Și totuși, se mișcă!”
• Sonda europeană Mars Express a observat „păianjeni” pe planeta Marte

Cu toate acestea, ionii metalici utilizați în electroliți provin din resurse limitate și în scădere, ceea ce amenință disponibilitatea pe termen lung. În plus, toxicitatea și inflamabilitatea lor pot fi periculoase și dăunătoare pentru mediu.

Bateriile fără metale, alternativa ecologică la ce folosim în prezent

Au existat mai multe încercări de a realiza bateriile fără metale pe bază de ioni de amoniu pentru a rezolva problemele de durabilitate și de mediu, deoarece acești cationi sunt ușori și ușor de sintetizat și reciclat.

Cu toate acestea, cationii de amoniu sunt predispuși la reducerea în hidrogen și amoniac la un potențial de funcționare scăzut, împiedicând bateriile să își atingă întregul potențial. De asemenea, se dizolvă ușor în electroliți, ceea ce îi face dificil de încorporat în materialele electrozilor.

Husam Alshareef, Zhiming Zhao și colegii lor au dezvoltat o baterie fără metale, de înaltă eficiență, combinând un electrolit care conține cationi de amoniu cu electrozi pe bază de carbon. Catodul de grafit și anodul semiconductor organic sunt ieftine, ecologice și regenerabile, spune Zhao.

Pentru cationii de amoniu, cercetătorii au ales ionii hexafluorofosfat ca purtători de sarcină negativă și au exploatat capacitatea grafitului de a permite reversibil acești anioni în straturile sale pentru a crea o baterie „duală”. În baterie, cationii și anionii intră simultan în electrodul corespunzător în timpul ciclurilor de încărcare și sunt eliberați în electrolit în timpul ciclurilor de descărcare, explică Tech Xplore.

Cât de performantă este noua baterie?

Acest lucru diferențiază munca lor de alte studii, spune Zhao.

„Am proiectat un electrolit care este atât antioxidant, cât și antireductiv, prin screeningul unei serii de solvenți rezistenți la tensiune înaltă și, de asemenea, ținând cont de stabilitatea de reducere”, spune Zhao.

Solventul antioxidant a solvat în principal anionii care participă la reacția catodică, în timp ce omologul său antireductiv a format o sferă de solvație în jurul cationilor implicați în reacția anodică. „Această configurație este crucială pentru stabilitatea bateriei”, explică Zhao.

Bateria a depășit analogii existenți pe bază de ioni de amoniu, cu o tensiune de funcționare record de 2,75 volți. „Acum este posibilă dezvoltarea de baterii cu ioni nemetalici de înaltă energie care pot concura cu bateriile cu ioni metalici”, spune Zhao.

Un pas în față către un viitor sustenabil

Echipa lucrează în prezent pentru a îmbunătăți performanța pentru a se apropia de aplicațiile la scară largă. „Explorăm materiale anodice cu o capacitate mai mare, ceea ce este crucial pentru îmbunătățirea densității energetice”, spune Zhao.

Grupul lui Alshareef dezvoltă alternative ieftine la bateriile litiu-ion, în special pentru stocarea la scară în rețea. „Pentru a decarboniza complet rețeaua, costurile bateriilor trebuie să scadă semnificativ”, spune Alshareef. Înlocuirea litiului cu purtători de sarcină nemetalici, cum ar fi ionii de amoniu, poate ajuta la reducerea acestor costuri.

Studiul este publicat în jurnalul Angewandte Chemie International Edition.

Vă recomandăm să citiți și:

Cofondatorul Neuralink plănuiește crearea unui tratament pentru orbire, bazat pe realitatea virtuală și augmentată

Un nou sistem de răcire fără energie electrică

Cercetătorii au creat un nou tip de frigider, mai prietenos cu mediul

Un nou filtru de microplastice are o eficiență de 99%