Magnetisk felt hjælper tykke batterielektroder med at tackle elektriske køretøjsudfordringer

Efterhånden som elektriske køretøjer vokser i popularitet, skinner rampelyset mere klart på nogle af deres resterende store problemer. Forskere ved University of Texas i Austin tackler to af de større udfordringer, som elektriske køretøjer står over for:begrænset rækkevidde og langsom genopladning.

Forskerne fremstillede en ny type elektrode til lithium-ion-batterier, der kunne frigive større kraft og hurtigere opladning. De gjorde dette ved at skabe tykkere elektroder – de positivt og negativt ladede dele af batteriet, der leverer strøm til en enhed – ved hjælp af magneter til at skabe en unik justering, der omgår almindelige problemer forbundet med at dimensionere disse kritiske komponenter.

Resultatet er en elektrode, der potentielt kan lette den dobbelte rækkevidde på en enkelt opladning for et elektrisk køretøj sammenlignet med et batteri, der bruger en eksisterende kommerciel elektrode.

"Todimensionelle materialer anses almindeligvis for at være en lovende kandidat til højhastighedsenergilagringsapplikationer, fordi det kun behøver at være flere nanometer tykt til hurtig ladningstransport," siger Guihua Yu, professor i UT Austins Walker Department of Mechanical Engineering og Texas Materiale Institut. "Men for tykke elektrodedesign-baserede næste generations højenergibatterier kan genstabling af nanoark som byggesten forårsage betydelige flaskehalse i ladetransporten, hvilket fører til vanskeligheder med at opnå både høj energi og hurtig opladning."

Nøglen til opdagelsen, offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences , bruger tynde todimensionelle materialer som elektrodens byggesten, stabler dem for at skabe tykkelse og bruger derefter et magnetfelt til at manipulere deres orienteringer. Forskerholdet brugte kommercielt tilgængelige magneter under fremstillingsprocessen til at arrangere de todimensionelle materialer i en lodret justering, hvilket skabte en hurtig bane for ioner til at rejse gennem elektroden.

Typisk tvinger tykkere elektroder ionerne til at rejse længere afstande for at bevæge sig gennem batteriet, hvilket fører til langsommere opladningstid. Den typiske vandrette justering af de materialelag, der udgør elektroden, tvinger ionerne til at slange sig frem og tilbage.

"Vores elektrode viser overlegen elektrokemisk ydeevne delvist på grund af den høje mekaniske styrke, høje elektriske ledningsevne og lettet lithium-ion-transport takket være den unikke arkitektur, vi har designet," sagde Zhengyu Ju, en kandidatstuderende i Yus forskningsgruppe, som leder dette projekt .

Ud over at sammenligne deres elektrode med en kommerciel elektrode, fremstillede de også en vandret arrangeret elektrode ved hjælp af de samme materialer til eksperimentelle kontrolformål. De var i stand til at genoplade den lodrette tykke elektrode til 50 % energiniveau på 30 minutter sammenlignet med 2 timer og 30 minutter med den vandrette elektrode.

Forskerne understregede, at de er tidligt i deres arbejde på dette område. De så på kun en enkelt type batterielektrode i denne forskning.

Deres mål er at generalisere deres metodologi med vertikalt organiserede elektrodelag for at anvende det på forskellige typer elektroder ved hjælp af andre materialer. Dette kan hjælpe teknikken til at blive mere udbredt i industrien, så det kan muliggøre fremtidige hurtigopladning, men højenergibatterier, der driver elektriske køretøjer. + Udforsk yderligere

Batteriforskning tackler nye udfordringer for stationære opbevaringssystemer bag måleren