(Phys.org) — Wetenschappers hebben een batterij gebouwd die een magnetische vloeistof bevat die in elke richting kan worden bewogen door een magnetisch veld aan te leggen. Het magnetisch gestuurde batterijconcept zou vooral nuttig kunnen zijn voor flowbatterijen, waar het de noodzaak zou kunnen elimineren voor de pompen die typisch nodig zijn voor het verplaatsen van de elektrolyt van een externe opslagtank naar de binnenkant van een elektriciteitscentrale om elektriciteit te leveren. Flow-batterijen worden actief onderzocht als grootschalige energieopslagapparaten voor elektriciteitsnetten, waar ze energie konden opslaan die werd opgevangen door intermitterende alternatieve energiebronnen zoals wind en zon.

De onderzoekers, geleid door Yi Cui, Professor aan de Stanford-universiteit, hebben een artikel gepubliceerd over de nieuwe magnetisch gestuurde batterij in een recent nummer van: Nano-letters .

"Het grootste belang van ons werk ligt in het innovatieve idee om een ​​magnetisch veld te gebruiken om het massa- en elektronentransport in een batterijsysteem te regelen en te verbeteren, " hoofdauteur Weiyang Li, eerder aan de Stanford University en nu aan het Dartmouth College, vertelde Phys.org .

De sleutel tot het nieuwe batterijontwerp is de samenstelling van de katholyt (het deel van de elektrolyt nabij de kathode), die lithiumpolysulfide bevat gemengd met magnetische ijzeroxide-nanodeeltjes. Door een magnetisch veld aan te leggen, de onderzoekers konden de colloïden van nanodeeltjes in een gewenste richting trekken, en vanwege de sterke binding tussen de ijzeroxide-nanodeeltjes en het lithiumpolysulfide, het lithiumpolysulfide kon met de magnetische deeltjes worden meegetrokken. Dit creëert een bifasische magnetische oplossing, met een hoge concentratie polysulfide aan de ene kant van de container en een lage concentratie aan de andere.

Het op deze manier magnetisch verplaatsen van de elektrochemisch actieve materialen in de elektrolyt zou zeer nuttig zijn voor stroombatterijen, omdat het doel van deze batterijen is om de actieve moleculen zo te verplaatsen dat ze in nauw contact staan ​​met een stroomafnemer. Hierdoor kan een groter aantal van de actieve materialen worden gebruikt, wat resulteert in een hogere energiedichtheid voor de batterij.

Tests toonden aan dat de nieuwe magnetische vloeistof die de ijzeroxide-nanodeeltjes bevat, op verschillende gebieden tot verbeteringen leidt in vergelijking met een elektrolyt zonder de nanodeeltjes, inclusief een hogere capaciteit (350 mAh/g vs. 126 mAh/g), wat overeenkomt met een hoge volumetrische energiedichtheid van 66 Wh/L, evenals een beter capaciteitsbehoud en efficiëntie. De onderzoekers schrijven deze verbeteringen toe aan het vermogen van het magnetische veld om meer polysulfidemoleculen te transporteren en om het ongewenste "shuttle-effect" - dat optreedt wanneer de polysulfidemoleculen naar de anode pendelen - te minimaliseren omdat de magnetische nanodeeltjes de polysulfidemoleculen aan de kathode kunnen verankeren.

In de toekomst, als het concept van magnetische veldbesturing de behoefte aan pompen in stroombatterijen zou kunnen vervangen, het zou parasitaire pompverliezen elimineren, wat op zijn beurt de efficiëntie aanzienlijk zou kunnen verhogen en de kosten van deze energieopslagsystemen zou kunnen verlagen.

"Ons idee kan mogelijk worden toegepast op een breed scala aan stroombatterijsystemen, niet alleen beperkt tot de lithium-polysulfidebatterij in onze krant, Cui zei. "We zijn van plan ons idee uit te breiden naar andere energieopslagsystemen voor elektriciteitsnetten, draagbare elektronica, en vervoer, ook."

© 2015 Fys.org