研究人员发现水基电池的主要存储容量

这些电池与含有钴的锂离子电池不同。该小组研究无金属电池的目标源于对国内供应链的更好控制，因为钴和锂是外包的。这种更安全的化学物质还可以防止电池起火。

化学工程教授Jodie Lutkenhaus博士和化学助理教授Daniel Tabor博士在Nature Materials上发表了他们关于无锂电池的发现。

“不会再有电池起火了，因为它是水基的，”Lutkenhaus说。“未来，如果预计材料短缺，锂离子电池的价格将大幅上涨。如果我们有这种替代电池，我们可以转向这种化学物质，那里的供应更加稳定，因为我们可以在美国制造它们，制造它们的材料就在这里。

Lutkenhaus说水性电池由阴极，电解质和阳极组成。阴极和阳极是可以储存能量的聚合物，电解质是与有机盐混合的水。电解质通过与电极的相互作用是离子传导和能量储存的关键。

“如果电极在循环过程中膨胀太多，那么它就不能很好地传导电子，你会失去所有的性能，”她说。“我相信储能容量有1%的差异，这取决于电解质的选择，因为膨胀效应。

根据他们的文章，氧化还原活性，非共轭自由基聚合物(电极)是无金属水系电池的有希望的候选者，因为聚合物具有高放电电压和快速氧化还原动力学。由于电子、离子和水分子同时转移，反应复杂且难以解决。

“我们通过使用电化学石英晶体微量天平检查不同混沌/嗜氧特性的水性电解质来证明氧化还原反应的性质，并在一系列时间尺度上进行耗散监测，”研究人员在文章中说。

Tabor的研究小组通过计算模拟和分析补充了实验工作。模拟提供了对结构和动力学的微观分子尺度图像的见解。

“理论和实验经常密切合作，以理解这些材料。我们在这篇论文中计算所做的新事情之一是，我们实际上将电极充电到多种充电状态，并观察周围环境如何响应这种充电，“Tabor说。

研究人员通过精确测量电池运行时进入电池的水和盐量，宏观观察电池阴极在某些盐存在下是否工作得更好。

“我们这样做是为了解释实验观察到的东西，”他说。“现在，我们希望将模拟扩展到未来的系统。我们需要让我们的理论得到证实，是什么力量驱动了这种水和溶剂的注入。

“有了这种新的储能技术，这是对无锂电池的推动。我们对是什么让一些电池电极比其他电池电极工作得更好有一个更好的分子水平图，这为我们提供了材料设计前进方向的有力证据，“Tabor说。