化学工程教授 Jodie Lutkenhaus 博士和化学助理教授 Daniel Tabor 博士发现水基电池具有显着的存储容量。图片来源：德克萨斯 A&M 工程公司

得克萨斯 A&M 研究人员发现水基电池电极的存储容量显着增加。

得克萨斯 A&M 大学的科学家发现，无金属水基电池电极的存储容量存在 1,000% 的差异。

无金属水基电池不同于那些使用锂离子形式的钴的电池。该研究小组对此类电池的关注源于对国内供应链进行更大控制的愿望，因为钴和锂通常来自国外。此外，电池更安全的化学成分可以防止火灾。

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，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，那里的供应要稳定得多，因为我们可以在美国制造它们，制造它们的材料也在这里。”

Lutkenhaus 表示，水系电池由阴极、电解质和阳极组成。阴极和阳极是可以储存能量的聚合物，电解质是混合有机盐的水。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，你就会失去所有的性能，”她说。“我相信储能容量存在 1000% 的差异，这取决于由于膨胀效应而选择的电解质。”

根据他们的文章，具有氧化还原活性的非共轭自由基聚合物（电极）是无金属水系电池的有前途的候选者，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、离子和水分子的同时转移，该反应复杂且难以解析。

文章中的研究人员表示：“我们通过使用电化学石英晶体微天平在一系列时间尺度上进行耗散监测来检查具有不同混沌/亲液特性的水性电解质，从而证明了氧化还原反应的性质。”

Tabor 的研究小组通过计算模拟和分析补充了实验工作。这些模拟让人们深入了解了结构和动力学的微观分子尺度图。

“理论和实验经常紧密合作来理解这些材料。我们在本文中计算的新事物之一是，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在电池运行时有多少水和盐进入电池，从宏观上观察电池阴极是否在某些盐类存在的情况下工作得更好。

“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。我们需要证实我们的理论是什么推动了这种水和溶剂的注入。

“通过这种新的储能技术，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极更好地工作有了更好的分子水平图，这为我们提供了材料设计前进方向的有力证据，”Tabor 说。