Credit:CC0 Public Domain电池是日常现代生活的一部分，为从笔记本电脑、手机和机器人吸尘器到助听器、起搏器甚至电动汽车等各种设备供电。但这些电池可能会带来安全和环境风险。在最近发表在《C ell Reports Physical Science》上的一项研究中，德克萨斯A&M大学的研究人员调查了另一种电池的成分——一种不含金属的水基电池，这种电池可以降低标准电池的易燃性，减少生产中使用的金属元素数量。
大多数电池是锂离子电池，含有锂和钴，它们是全球战略元素，这意味着它们仅位于某些国家，但对全球经济和美国电池制造至关重要。
“这项工作使无金属水性电池的未来设计成为可能，”德克萨斯州农工大学阿蒂·麦克费林化学工程系教授兼阿克萨尔塔涂层系统主席乔迪·卢肯豪斯(Jodie Lutkenhaus)博士说，“通过无金属化，我们可以解决全球对电池中使用的战略金属的迫切需求，通过水性化，我们可以用水取代易燃的挥发性电解质。”
研究人员使用一种非常灵敏的测量技术，称为电化学石英晶体微量天平，具有耗散监测功能，能够确定电子、离子和水在电极充放电时如何在电极中转移。
“有了这些信息，我们表明增强的电极-水相互作用导致了能量储存性能的提高，”她说。
储能容量低于传统的锂离子电池，但这为未来更可持续和更低挥发性的电池铺平了道路。
这项研究处于初始阶段，在现实世界中有各种应用的机会。一个特别的潜力是用于医疗设备的可植入电池。
Lutkenhaus的兴趣始于她了解到由于电池制造的增加，锂和钴等战略元素承受的压力。
她说:“通过使用完全不同的材料，比如我们在这里使用的聚合物，我们完全去除了图片中的金属。“我最喜欢这项工作的一个方面是我们能够深入表征与这种氧化还原聚合物相关的分子运输过程。只是在过去的几年里，我们才能够在这个时间和规模上解决这样的影响。”
对于未来，Lutkenhaus说，他们将需要确定更多与设计兼容的聚合物。
她说:“一旦我们有了这种技术，我们就能生产出高性能、全电池的实用产品。
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