Moderna batterier driver allt från bilar till mobiltelefoner, men de är långt ifrån perfekta - de tar eld, de presterar dåligt i kallt väder och de har relativt kort livscykel, bland andra frågor. Nu har forskare från University of Houston beskrivit en ny klass av material som tar upp många av dessa problem i Naturmaterial .

Forskarna, leds av Yan Yao, docent i el- och datateknik, rapportera deras användning av kinoner - en billig, jordnära och lätt återvinningsbart material - för att skapa stabila anodkompositer för alla vattenhaltiga uppladdningsbara batterier.

"Detta nya material är billigt och kemiskt stabilt i en så korrosiv miljö, sa Yao, som också är huvudutredare vid Texas Center for Superconductivity vid UH, med anställning till kemi- och biomolekyläringenjörsfakulteten. Materialet kan också användas för att skapa en "drop-in-ersättning" för nuvarande batterianoder, tillåta det nya materialet att användas utan att ändra befintliga batteritillverkningslinjer, han sa.

"Det här kan komma ut på marknaden mycket snabbare, " han sa.

Yao och hans labb, inklusive forskningsassistent Yanliang Liang, som fungerade som första författare på tidningen, påbörjade arbetet 2013, efter att han tilldelades 1 miljon dollar från Department of Energys Advanced Research Project Agency - Energy (ARPA-E) RANGE-program för att utveckla ny batteriteknik. Andra forskare som är involverade i projektet inkluderar Yan Jing, Saman Gheytani och Kuan-Yi Lee, hela UH, Ping Liu vid University of California-San Diego, och Antonio Faccheti från Northwestern University.

Energilagring är nyckeln till en bredare användning av elbilar, vind- och solkraft, tillsammans med annan ren energiteknik. Men utvecklingen av batterilagringssystem, som skulle kunna lagra energi tills den behövs och sedan laddas med ytterligare produktion, har hämmats av bristen på batterier som uppfyller en mängd olika krav:miljövänliga, säker, billig och långvarig.

"Vattenhaltiga laddningsbara batterier med lågpris och icke brandfarliga vattenbaserade elektrolyter är egensäkra och ... (ger) robusthet och kostnadsfördelar jämfört med konkurrerande litiumjonbatterier som använder flyktiga organiska elektrolyter och är ansvariga för nyligen inträffade katastrofala explosioner, " skrev forskarna. Men toppmoderna vattenhaltiga laddningsbara batterier har en kort livslängd, vilket gör dem olämpliga för tillämpningar där det inte är praktiskt att byta ut dem ofta.

Stötestenen, Yao sa, har varit anoden, den del av batteriet som energi flödar genom. Befintliga anodmaterial är i sig strukturellt och kemiskt instabila, vilket innebär att batteriet bara är effektivt under en relativt kort tid.

De arbetade med kinoner, ett jordnära organiskt material som Yan sa kostar bara 2 USD per kilogram, visar materialets fördelar i tre formuleringar.

De olika formuleringarna ger bevis på att materialet är en effektiv anod för både sura batterier och alkaliska batterier, som de som används i en bil, såväl som nya vattenhaltiga metalljonbatterier, sa Liang. Det betyder att den kinonbaserade anoden kommer att fungera oavsett vilken teknologi som dominerar i framtiden, han sa.

Det nya materialet låter också batterierna arbeta över temperaturområden, Liang sa, till skillnad från vissa konventionella vattenbaserade batterier, som är notoriskt balky i kallt väder.

Yao sa att konsumenterna snabbt skulle märka en viktig skillnad i denna förändring till befintlig batteriteknik. "Ett av dessa batterier, som ett bilbatteri, kan hålla i 10 år, ", sa han. Förutom att bromsa försämringen av batterier för fordon och stationära ellagringsbatterier, det skulle också göra det enklare att kassera batteriet eftersom materialet inte innehåller tungmetaller.

Forskarna har ansökt om tre patent för tekniken och hoppas kunna hitta partners för att kommersialisera tekniken.