Eine erschwingliche und nachhaltige Zusätzliche zu Lithium-Ionen-Batterien

Unsicherheit in Bezug hinaus Unterversorgung, hohe Preise und Sicherheit zusammen mit dieser langfristigen Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien nach sich ziehen ein Forscherteam des Rensselaer Polytechnic Institute dazu veranlasst, eine umweltfreundlichere, effizientere und kostengünstigere Energiespeicheralternative vorzuschlagen.

In einer kürzlich in Proceedings of the Nationalistisch Academy of Science (PNAS) veröffentlichten Forschungsarbeit behaupten dieser korrespondierende Dichter Nikhil Koratkar, John A. Clark und Edward T. Crossan Professor of Engineering zusammen mit Rensselaer, und sein Team, dass Calciumionen wie verwendet werden könnten Zusätzliche zu Lithium-Ionen in Batterien wegen ihrer Reichhaltigkeit und geringen Preis.

„Die überwiegende Mehrheit dieser wiederaufladbaren Batterieprodukte basiert hinaus dieser Lithium-Ionen-Technologie, die dieser Goldstandard in Bezug hinaus Leistung ist“, sagte Dr. Koratkar. „Die Schwachstelle dieser Lithium-Ionen-Technologie sind jedoch die Preis. Lithium ist eine begrenzte Ressource hinaus dem Planeten, und sein Preis ist in den letzten Jahren drastisch gestiegen. Wir funktionieren an einer kostengünstigen, reichlich vorhandenen, sicheren und nachhaltigen Batteriechemie, die dies ermöglicht verwendet Calciumionen in einem wässrigen Elektrolyten hinaus Wasserbasis.“

Während die größere Größe und höhere Ladungsdichte von Calciumionen im Vergleich zu Lithium die Diffusionskinetik und die zyklische Stabilität beeinträchtigt, eröffnen Dr. Koratkar und sein Team Oxidstrukturen mit großen offenen Räumen (heptagonale und hexagonale Kanäle) wie mögliche Problembeseitigung an. In ihrer Arbeit wird eine wässrige Calcium-Ionen-Batterie demonstriert, die orthorhombische und trigonale Polymorphe von Molybdän-Vanadium-Sauerstoff-Verbindung (MoVO) wie Wirt zum Besten von Calcium-Ionen verwendet.

„Dasjenige Calcium-Ion ist zweiwertig, und von dort liefert eine Ioneninsertion während des Batteriebetriebs zwei Elektronen pro Ion“, erklärt Dr. Koratkar. „Dies ermöglicht eine hocheffiziente Batterie mit reduzierter Neutralleiter und Volumen an Calciumionen. Die höhere Ionenladung und die größere Größe von Calciumionen im Vergleich zu Lithium zeugen es jedoch sehr schwierig, Calciumionen in die Batterieelektroden einzubringen. Wir nach sich ziehen dieses Problem gelöst durch die Fortentwicklung einer speziellen Stil von Materialien namens Molybdän-Vanadium-Oxide, die große sechseckige und siebeneckige Kanäle oder Tunnel enthalten, die durch dasjenige Werkstoff verlaufen.“

Dasjenige Team demonstrierte, dass Calciumionen schnell in dasjenige Werkstoff eingeführt und daraus extrahiert werden können, womit welche Tunnel wie „Leitungen“ zum Besten von den reversiblen und schnellen Ionentransport fungieren, und die Ergebnisse zeigen, dass MoVO eine dieser besten Leistungen bietet, die bisher zum Besten von die Speicherung von Calcium berichtet wurden Ionen.

„Calcium-Ionen-Batterien könnten eines Tages, in nicht maßlos ferner Zukunft, die Lithium-Ionen-Technologie wie Batteriechemie dieser Wahl ersetzen, die unsrige Interessenverband antreibt“, erklärt Dr. Koratkar. „Solche Arbeit kann zu einer neuen Stil von Hochleistungsbatterien hinaus Kalziumbasis zur Folge haben, die hinaus dieser Schutzerde reichlich vorhandene und sichere Materialien verwenden und von dort erschwinglich und nachhaltig sind. Solche Batterien könnten in tragbarer und Unterhaltungselektronik, Elektrofahrzeugen sowie im Netzwerk weit verbreitet sein und Speicherung erneuerbarer Energien.“

Forschungsbericht:Reversible und schnelle Calciuminterkalation in Molybdän-Vanadium-Oxide