Stop brande, før de starter - hvordan en saltopløsning giver lithiummetalbatterier et sikkerhedstjek

Forskere har længe anset lithiummetalbatterier for at være den "hellige gral" til energilagring. De har høj energitæthed - hvor meget energi et batteri bærer i forhold til dets vægt. Det betyder, at de kan gøres mindre og lettere, mens de lagrer den samme mængde energi som større, tungere batterier lavet af andre materialer, eller de kan bære mere energi i samme størrelse batteri.

At pakke mere energi ind i samme størrelse batteri betyder, at et elektrisk køretøj, der bruger lithiummetalbatterier, kan køre længere på en enkelt opladning. Faktisk, batterier med en lithiummetalanode har potentialet til at mere end fordoble energitætheden af ​​nuværende elektriske køretøjsbatterier. Men, blandt andre præstationsforbedringer, de skal først gøres mere sikre at bruge.

Et forskningshold fra Pacific Northwest National Laboratory har behandlet sikkerheds- og ydeevneudfordringer fra lithiummetalbatterier gennem udviklingen af ​​en ny elektrolyt. Elektrolytten i et batteri er den kemiske opløsning, der tillader det elektriske flow mellem anoden og katoden. Den nye elektrolyt er beskrevet i artiklen "Højeffektive lithiummetalbatterier med brandhæmmende elektrolytter, " offentliggjort i Joule .

At finde "løsningen" for at forhindre brande

Den største sikkerhedsudfordring med lithiummetalbatterier involverer pigge eller tråde, kaldet dendritter, af lithium, der vokser på batteriets anode. Dendritter kan dræne batteriets strøm, kortslutte dets interne kredsløb, og påvirke batteriets genopladningskapacitet. I nogle tilfælde, dendritter er spontant brændt og brændt.

For at mindske eller eliminere disse sikkerheds- og ydeevneudfordringer, holdet erstattede komponenter i en elektrolyt indeholdende et lokaliseret højt koncentreret salt (lithium bis(fluorsulfonyl)imid) med et flammehæmmende inert eller kemisk inaktivt materiale, triethylphosphat/bis(2, 2, 2-trifluorethyl)ether.

Den kombinerede opløsning danner højkoncentrerede saltklynger, der dækker anoden med et lag af lithiumaflejringer, eliminering af dendritdannelse og slukning af sikkerhedsproblemerne.

En salt, dog stabil, ydeevne

Belægningen skader ikke ydeevnen af ​​lithiummetalanoden, som har høj effektivitet (99,2 procent).

"Den sikre og stabile høje ydeevne af dette batteri viser, at vi er et skridt tættere på at bruge lithiummetalbatterier i praktiske applikationer til elektriske køretøjer, " sagde Ji-Guang (Jason) Zhang, en batteriekspert og Laboratory Fellow ved PNNL. "Disse resultater kan også hjælpe udviklingen af ​​lignende, billigere elektrolytter for at forbedre ydeevnen og sikkerheden for andre batterityper."