(Phys.org) – Forskare har byggt ett batteri som innehåller en magnetisk vätska som kan flyttas i vilken riktning som helst genom att applicera ett magnetfält. Det magnetiskt styrda batterikonceptet kan vara särskilt användbart för flödesbatterier, där det skulle kunna eliminera behovet av att de pumpar som vanligtvis krävs för att flytta elektrolyten från en extern lagringstank till insidan av en kraftstack för att ge elektricitet. Flödesbatterier forskas aktivt som storskaliga energilagringsenheter för elnät, där de kunde lagra energi som fångas upp av intermittenta alternativa energikällor som vind och sol.

Forskarna, leds av Yi Cui, Professor vid Stanford University, har publicerat en artikel om det nya magnetiskt styrda batteriet i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

"Den största betydelsen av vårt arbete ligger i den innovativa idén att använda ett magnetfält för att kontrollera och förbättra mass- och elektrontransporten i ett batterisystem, " huvudförfattare Weiyang Li, tidigare vid Stanford University och nu vid Dartmouth College, berättade Phys.org .

Nyckeln till den nya batteridesignen är sammansättningen av katolyten (delen av elektrolyten nära katoden), som innehåller litiumpolysulfid blandat med magnetiska järnoxidnanopartiklar. Genom att applicera ett magnetfält, forskarna kunde dra nanopartikelkolloiderna i önskad riktning, och på grund av stark bindning mellan järnoxidnanopartiklarna och litiumpolysulfiden, litiumpolysulfiden kunde dras med de magnetiska partiklarna. Detta skapar en bifasisk magnetisk lösning, med en hög koncentration av polysulfid på ena sidan av behållaren och en låg koncentration på den andra.

Att magnetiskt flytta de elektrokemiskt aktiva materialen i elektrolyten på detta sätt skulle vara mycket användbart för flödesbatterier eftersom målet i dessa batterier är att flytta de aktiva molekylerna så att de är i nära kontakt med en strömavtagare. Detta gör att ett större antal av de aktiva materialen kan användas, vilket resulterar i en högre energitäthet för batteriet.

Tester visade att den nya magnetiska vätskan som innehåller nanopartiklarna av järnoxid leder till förbättringar på flera områden jämfört med en elektrolyt utan nanopartiklar, inklusive en högre kapacitet (350 mAh/g mot 126 mAh/g), vilket motsvarar en hög volymetrisk energitäthet på 66 Wh/L, samt bättre kapacitetsbevarande och effektivitet. Forskarna tillskriver dessa förbättringar magnetfältets förmåga att transportera fler polysulfidmolekyler och att minimera den oönskade "skytteleffekten" - som uppstår när polysulfidmolekylerna skjutsar till anoden - eftersom de magnetiska nanopartiklarna kan förankra polysulfidmolekylerna vid katoden.

I framtiden, om magnetfältskontrollkonceptet kunde ersätta behovet av pumpar i flödesbatterier, det skulle eliminera parasitiska pumpförluster, vilket i sin tur skulle kunna öka effektiviteten och sänka kostnaderna för dessa energilagringssystem avsevärt.

"Vår idé kan potentiellt tillämpas på ett brett utbud av flödesbatterisystem, inte bara begränsat till litiumpolysulfidbatteriet i vår tidning, ", sa Cui. "Vi planerar att utöka vår idé till andra energilagringssystem för elnät, bärbar elektronik, och transport, också."

© 2015 Phys.org