Moderne batterijen voeden alles, van auto's tot mobiele telefoons, maar ze zijn verre van perfect - ze vatten vlam, ze presteren slecht bij koud weer en hebben een relatief korte levenscyclus, onder andere zaken. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Houston een nieuwe klasse materiaal beschreven die veel van die zorgen wegneemt Natuurmaterialen .

De onderzoekers, geleid door Yan Yao, universitair hoofddocent elektrotechniek en computertechniek, hun gebruik van chinonen melden - een goedkope, aardrijk en gemakkelijk recyclebaar materiaal - om stabiele anodecomposieten te creëren voor elke waterige oplaadbare batterij.

"Dit nieuwe materiaal is goedkoop en chemisch stabiel in zo'n corrosieve omgeving, " zei Yao, die ook hoofdonderzoeker is bij het Texas Center for Superconductivity aan de UH, met een aanstelling bij de faculteit scheikundige en biomoleculaire techniek. Het materiaal kan ook worden gebruikt om een ​​"drop-in vervanging" voor huidige batterijanodes te creëren, waardoor het nieuwe materiaal kan worden gebruikt zonder de bestaande productielijnen voor batterijen te wijzigen, hij zei.

"Dit kan veel sneller op de markt komen, " hij zei.

Yao en zijn laboratorium, waaronder onderzoeksmedewerker Yanliang Liang, die als eerste auteur op het papier diende, begon het werk in 2013, nadat hij $ 1 miljoen had gekregen van het Advanced Research Project Agency - Energy (ARPA-E) RANGE-programma van het Department of Energy om nieuwe batterijtechnologie te ontwikkelen. Andere onderzoekers die bij het project betrokken zijn, zijn onder meer Yan Jing, Saman Gheytani en Kuan-Yi Lee, heel UH, Ping Liu van de Universiteit van Californië-San Diego, en Antonio Faccheti van de Northwestern University.

Energieopslag is de sleutel tot een bredere acceptatie van elektrische auto's, wind- en zonne-energie, samen met andere technologieën voor schone energie. Maar de ontwikkeling van batterijopslagsystemen, die in staat zou zijn om energie op te slaan totdat het nodig is en dan weer opgeladen te worden met extra opwekking, werd gehinderd door het gebrek aan batterijen die aan verschillende eisen voldoen:milieuvriendelijk, veilig, goedkoop en duurzaam.

"Waterige oplaadbare batterijen met goedkope en niet-ontvlambare elektrolyten op waterbasis zijn intrinsiek veilig en ... (bieden) robuustheid en kostenvoordelen ten opzichte van concurrerende lithium-ionbatterijen die vluchtige organische elektrolyten gebruiken en verantwoordelijk zijn voor recente catastrofale explosies, " schreven de onderzoekers. Maar state-of-the-art waterige oplaadbare batterijen hebben een korte levensduur, waardoor ze ongeschikt zijn voor toepassingen waar het niet praktisch is om ze vaak te vervangen.

Het struikelblok, Yao zei, is de anode geweest, het deel van de batterij waar energie doorheen stroomt. Bestaande anodematerialen zijn intrinsiek structureel en chemisch onstabiel, wat betekent dat de batterij slechts een relatief korte tijd efficiënt is.

Ze werkten met chinonen, een aarde-overvloedig organisch materiaal waarvan Yan zei dat het slechts $ 2 per kilogram kost, demonstreert de voordelen van het materiaal in drie formuleringen.

De verschillende formuleringen bewijzen dat het materiaal een effectieve anode is voor zowel zure batterijen als alkalinebatterijen, zoals die in een auto worden gebruikt, evenals opkomende waterige metaal-ionbatterijen, zei Liang. Dat betekent dat de op chinonen gebaseerde anode zal werken, ongeacht welke technologie in de toekomst domineert, hij zei.

Dankzij het nieuwe materiaal kunnen de batterijen ook over temperatuurbereiken werken, Liang zei, in tegenstelling tot sommige conventionele waterige batterijen, die berucht zijn bij koud weer.

Yao zei dat consumenten snel een belangrijk verschil zouden merken in deze verandering in de bestaande batterijtechnologie. "Een van deze batterijen, als auto-accu, kan 10 jaar duren, " zei hij. Naast het vertragen van de verslechtering van batterijen voor voertuigen en stationaire elektriciteitsopslagbatterijen, het zou ook de verwijdering van de batterij vergemakkelijken omdat het materiaal geen zware metalen bevat.

De onderzoekers hebben drie patenten aangevraagd voor de technologie en hopen partners te vinden om de technologie te commercialiseren.