(Phys.org) – Ett nytt halvflytande batteri utvecklat av forskare vid University of Texas i Austin har visat uppmuntrande tidiga resultat, som omfattar många av de egenskaper som önskas i en toppmodern energilagringsanordning. Särskilt, det nya batteriet har en arbetsspänning som liknar den för ett litiumjonbatteri, en effekttäthet som är jämförbar med den för en superkondensator, och den kan behålla sin goda prestanda även när den laddas och laddas ur med mycket höga hastigheter.

Forskarna, ledd av biträdande professor Guihua Yu, tillsammans med Yu Ding och Yu Zhao, vid UT Austin, har publicerat sin artikel om den nya membranfria, halvflytande batteri i ett färskt nummer av Nanobokstäver . Forskarna förklarar att batteriet anses vara "halvflytande" eftersom det använder en flytande ferrocenelektrolyt, en flytande katod, och en solid litiumanod.

"Den största betydelsen av vårt arbete är att vi har designat ett halvflytande batteri baserat på en ny kemi, " berättade Yu Phys.org . "Batteriet uppvisar utmärkt hastighetskapacitet som kan laddas helt eller ur nästan inom en minut med bibehållen god energieffektivitet och rimlig energitäthet, representerar en lovande prototyp flytande redoxbatteri med både hög energitäthet och effekttäthet för energilagring."

Batteriet är designat för applikationer inom två av batteriteknologins största områden:hybridelfordon och energilagring för förnybara energiresurser.

Som visas i figuren ovan, batteriets höga effekttäthet (1400 W/L) och goda energitäthet (40 Wh/L) gör att det är unikt gynnsamt att kombinera en effekttäthet som är lika hög som den för nuvarande superkondensatorer med en energitäthet i nivå med de av toppmoderna redoxflödesbatterier och blybatterier, dock något lägre än för litiumjonbatterier. Denna kombination är särskilt attraktiv för elfordon, där effekttätheten motsvarar toppfart och energitätheten mot fordonets räckvidd per laddning.

Forskarna rapporterar också i sin uppsats att det nya batteriet har en hög kapacitet (137 mAh/g) och en hög kapacitetsretention på 80 % under 500 cykler.

Forskarna tillskriver batteriets goda prestanda till stor del till dess vätskeelektroddesign som möjliggör dess höghastighetskapacitet, vilket i grunden är ett mått på hur snabbt batteriet fungerar. Jonerna kan röra sig genom det flytande batteriet mycket snabbt jämfört med i ett fast batteri, och redoxreaktionerna där elektronerna överförs mellan elektroderna sker också i mycket höga hastigheter i just detta batteri. För jämförelse, värdena som används för att mäta dessa hastigheter (diffusionskoefficienten och reaktionskonstanten) är storleksordningar större i det nya batteriet än i de flesta konventionella flödesbatterier.

Även om batteriet ser mycket lovande ut än så länge, forskarna noterar att mer arbete fortfarande behöver göras, i synnerhet när det gäller litiumanoden.

"Den potentiella svagheten hos detta batteri är litiumanoden när det gäller långsiktig stabilitet och säkerhet, "Sa Yu. "Mer avancerat litiumanodskydd krävs för att helt undertrycka självurladdning. Vi antar att andra metaller som zink och magnesium också kan fungera som anod för ett sådant batteri så länge som elektrolytkompatibiliteten är löst. Vi förväntar oss också att andra organometalliska föreningar med metallcentra i flera valenstillstånd (redoxcentra) också kan fungera som anod, vilket så småningom skulle göra batteriet helt flytande."

I framtiden, forskarna planerar att testa batteriets långtidshållbarhet, speciellt dess litiumanod, under realistiska driftsförhållanden. Dessutom, forskarna vill hitta ett sätt att öka lösligheten av ferrocen för att ytterligare öka energitätheten för att konkurrera med nuvarande litiumjonbatterier samtidigt som dess mycket höga effekttäthet bibehålls.

© 2015 Phys.org