(Phys.org) - Een nieuwe semi-vloeibare batterij, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin, heeft bemoedigende eerste resultaten opgeleverd, die veel van de functies omvat die gewenst zijn in een ultramodern energieopslagapparaat. Vooral, de nieuwe batterij heeft een werkspanning die vergelijkbaar is met die van een lithium-ionbatterij, een vermogensdichtheid vergelijkbaar met die van een supercondensator, en het kan zijn goede prestaties behouden, zelfs wanneer het met zeer hoge snelheden wordt opgeladen en ontladen.

De onderzoekers, onder leiding van assistent-professor Guihua Yu, samen met Yu Ding en Yu Zhao, aan de UT Austin, hebben hun paper gepubliceerd over de nieuwe membraanvrije, halfvloeibare batterij in een recent nummer van Nano-letters . De onderzoekers leggen uit dat de batterij als "semi-vloeibaar" wordt beschouwd omdat deze een vloeibaar ferroceen-elektrolyt gebruikt, een vloeibare kathode, en een vaste lithiumanode.

"Het grootste belang van ons werk is dat we een halfvloeibare batterij hebben ontworpen op basis van een nieuwe chemie, "Je vertelde" Phys.org . "De batterij heeft een uitstekende snelheid die bijna binnen een minuut volledig kan worden opgeladen of ontladen, terwijl de goede energie-efficiëntie en een redelijke energiedichtheid behouden blijven, vertegenwoordigen een veelbelovend prototype vloeibare redox-batterij met zowel een hoge energiedichtheid als een vermogensdichtheid voor energieopslag."

De batterij is ontworpen voor toepassingen in twee van de grootste gebieden van batterijtechnologie:hybride elektrische voertuigen en energieopslag voor hernieuwbare energiebronnen.

Zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding, de hoge vermogensdichtheid (1400 W/L) en de goede energiedichtheid (40 Wh/L) van de batterij plaatsen de batterij in de unieke gunstige positie om een ​​vermogensdichtheid te combineren die even hoog is als die van de huidige supercondensatoren met een energiedichtheid die vergelijkbaar is met die van de modernste redoxflow-batterijen en loodzuurbatterijen, hoewel iets lager dan die van lithium-ionbatterijen. Deze combinatie is vooral aantrekkelijk voor elektrische voertuigen, waarbij de vermogensdichtheid overeenkomt met de topsnelheid en de energiedichtheid met de actieradius van het voertuig per lading.

De onderzoekers melden in hun paper ook dat de nieuwe batterij een hoge capaciteit heeft (137 mAh/g) en een hoge capaciteitsretentie van 80% voor 500 cycli.

De onderzoekers schrijven de goede prestaties van de batterij grotendeels toe aan het ontwerp van de vloeibare elektrode dat de hoge snelheid mogelijk maakt, wat in feite een maat is voor hoe snel de batterij werkt. De ionen kunnen zeer snel door de vloeibare batterij bewegen in vergelijking met een vaste batterij, en de redoxreacties waarbij de elektronen tussen elektroden worden overgedragen, komen ook in deze specifieke batterij met zeer hoge snelheden voor. Ter vergelijking, de waarden die worden gebruikt om deze snelheden te meten (de diffusiecoëfficiënt en de reactieconstante) zijn ordes van grootte groter in de nieuwe batterij dan in de meeste conventionele flowbatterijen.

Hoewel de batterij er tot nu toe veelbelovend uitziet, de onderzoekers constateren dat er nog meer werk moet worden verzet, in het bijzonder met betrekking tot de lithiumanode.

"De potentiële zwakte van deze batterij is de lithiumanode in termen van stabiliteit en veiligheid op lange termijn, "Zei Yu. "Er is meer geavanceerde bescherming tegen lithiumanodes nodig om zelfontlading volledig te onderdrukken. We veronderstellen dat andere metalen zoals zink en magnesium ook als anode voor een dergelijke batterij kunnen fungeren, zolang de elektrolytcompatibiliteit maar is opgelost. We verwachten ook dat andere organometaalverbindingen met metaalcentra met meerdere valentietoestanden (redoxcentra) ook als anode kunnen fungeren, waardoor de batterij uiteindelijk volledig vloeibaar zou worden."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om de duurzaamheid van de batterij op lange termijn te testen, vooral de lithiumanode, onder realistische bedrijfsomstandigheden. In aanvulling, de onderzoekers willen een manier vinden om de oplosbaarheid van ferroceen te vergroten om de energiedichtheid verder te verhogen om te kunnen concurreren met de huidige lithium-ionbatterijen, terwijl de zeer hoge vermogensdichtheid behouden blijft.

© 2015 Fys.org