Forskning mellan University of Liverpool, Storbritannien och nationella Tsing Hua University (NTHU), Taiwan har avslöjat en ny laddningslagringsmekanism som har potential att möjliggöra uppladdning i kalcium-luftbatterier.

I en artikel publicerad i tidskriften Kemivetenskap , Professor Laurence Hardwick från University of Liverpools Stephenson Institute for Renewable Energy (SIRE) och kollegor upptäckte en distinkt form av laddningslagring vid elektrodgränssnittet som beskrivs som fångad gränssnittsredox. Detta nya fynd introducerar en ny mekanism för laddningslagring som kan utnyttjas i praktiska enheter.

Huvudförfattare till tidningen, Yi Ting (Leo) Lu, är en gemensam Ph.D. student i den dubbla Ph.D. program mellan University of Liverpool och National Tsing Hua University. Han sa, "Vi började undersöka dessa elektrolytsystem som en del av att förstå hur man utvecklar ett metall-luftbatteri baserat på kalciummetall, som är ett mycket rikligt jordelement, skapa en mycket hållbar batteriteknik."

"Forskningen utforskar bildandet av en elektrokemiskt genererad mellanskiktsbeläggning på elektrodytor som begränsar den reducerade formen av syrgas som kallas superoxid, så att det sedan lätt kan oxideras."

Forskningen utfördes i en elektrolyt designad för ett kalcium-luftbatteri, som hittills visat sig vara praktiskt taget irreversibel. Forskargruppen märkte att när elektroden cyklades många tiotals gånger, den elektrokemiska processen blev stadigt mer reversibel, och en serie experiment genomfördes för att helt förstå mekanismen.

Dr Alex Neale, som också ingår i forskargruppen, sa, "Genom systematiska elektrokemiska och spektroskopiska undersökningar, vi började förstå ursprunget till denna ganska märkliga och spännande nya process som dyker upp i våra mätningar. Den nya mekanismen för fångad gränssnittsredox som vi definierade underlättar en tidigare osynlig grad av reversibilitet för system baserade på kalcium-luftbatteriet."

Ytterligare arbete kommer att undersöka hur lätt detta fenomen observeras i olika elektrolytsystem och för att förstå om den lagrade laddningen kan utnyttjas ytterligare, skalas upp och användas i ett praktiskt system för energilagring.

På grund av den brittiska låsningen i mars 2020, Yi Ting (Leo) Lu återvände till Taiwan sex månader tidigare än planerat, så för att slutföra studien satte teamet upp parallella experiment inom både Liverpool- och NTHU-labb för att korsjämföra resultat och säkerställa reproducerbarhet av observationer.