Föreställ dig att du inte behöver ladda din telefon eller laptop i veckor. Det är drömmen för forskare som tittar på alternativa batterier som går utöver de nuvarande litiumjonversionerna som är populära idag. Nu, i en ny studie som visas i tidningen Vetenskap , kemister vid flera institutioner, inklusive Caltech och Jet Propulsion Laboratory, som hanteras av Caltech för NASA, liksom Honda Research Institute och Lawrence Berkeley National Laboratory, har träffat på ett nytt sätt att göra laddningsbara batterier baserade på fluor, den negativt laddade formen, eller anjon, av elementet fluor.

"Fluorbatterier kan ha en högre energitäthet, vilket innebär att de kan hålla längre - upp till åtta gånger längre än batterier som används idag, "säger studieförfattaren Robert Grubbs, Caltechs Victor och Elizabeth Atkins professor i kemi och vinnare av 2005 års Nobelpris i kemi. "Men fluor kan vara utmanande att arbeta med, särskilt för att det är så frätande och reaktivt. "

På 1970 -talet, forskare försökte skapa laddningsbara fluorbatterier med hjälp av fasta komponenter, men halvledarbatterier fungerar bara vid höga temperaturer, vilket gör dem opraktiska för daglig användning. I den nya studien, författarna rapporterar äntligen om hur man får fluorbatterierna att fungera med flytande komponenter - och flytande batterier fungerar lätt i rumstemperatur.

"Vi är fortfarande i de tidiga utvecklingsstadierna, men detta är det första uppladdningsbara fluorbatteriet som fungerar vid rumstemperatur, "säger Simon Jones, en kemist vid JPL och motsvarande författare till den nya studien.

Batterier driver elektriska strömmar genom att skjuta laddade atomer - eller joner - mellan en positiv och negativ elektrod. Denna pendlingsprocess fortskrider lättare vid rumstemperatur när vätskor är inblandade. För litiumjonbatterier, litium förflyttas mellan elektroderna med hjälp av en flytande lösning, eller elektrolyt.

"Att ladda ett batteri är som att skjuta en boll uppför en kulle och sedan låta den rulla tillbaka igen, om och om, "säger medförfattaren Thomas Miller, professor i kemi vid Caltech. "Du går fram och tillbaka mellan att lagra energin och använda den."

Medan litiumjoner är positiva (kallade katjoner), fluoridjonerna som används i den nya studien bär en negativ laddning (och kallas anjoner). Det finns både utmaningar och fördelar med att arbeta med anjoner i batterier.

"För ett batteri som håller längre, du måste flytta ett större antal laddningar. Det är svårt att flytta multiplicerade metallkatjoner, men ett liknande resultat kan uppnås genom att flytta flera enstaka laddade anjoner, som reser med jämförande lätthet, "säger Jones, som forskar på JPL om strömkällor som behövs för rymdfarkoster. "Utmaningarna med detta schema är att få systemet att fungera med användbara spänningar. I denna nya studie, vi visar att anjoner verkligen är värda uppmärksamhet inom batteri vetenskap eftersom vi visar att fluor kan fungera vid tillräckligt hög spänning. "

Nyckeln till att få fluorbatterierna att fungera i vätska snarare än i fast tillstånd visade sig vara en elektrolytvätska som kallas bis (2, 2, 2-trifluoretyl) eter, eller BTFE. Det här lösningsmedlet är det som hjälper till att hålla fluoridjonen stabil så att den kan skicka elektroner fram och tillbaka i batteriet. Jones säger att hans praktikant då, Victoria Davis, som nu studerar vid University of North Carolina, Chapel Hill, var den första som tänkte testa BTFE. Medan Jones inte hade mycket hopp om att det skulle lyckas, laget bestämde sig för att prova det ändå och blev förvånade över att det fungerade så bra.

Vid det tillfället, Jones vände sig till Miller för att förstå varför lösningen fungerade. Miller och hans grupp körde datasimuleringar av reaktionen och kom på vilka aspekter av BTFE som stabiliserade fluoriden. Därifrån, teamet kunde justera BTFE -lösningen, modifiera den med tillsatser för att förbättra dess prestanda och stabilitet.

"Vi låser upp ett nytt sätt att tillverka batterier som håller längre, "säger Jones." Fluor gör comeback i batterier. "