Galvanisering giver høj energi, højeffekts batterier

Processen, der laver guldbelagte smykker eller krom bilaccenter, laver nu kraftfulde lithium-ion-batterier.

Forskere ved University of Illinois, Xerion Advanced Battery Corporation og Nanjing University i Kina udviklede en metode til galvanisering af lithium-ion batteri katoder, giver høj kvalitet, højtydende batterimaterialer, der også kunne åbne døren til fleksible og solid-state batterier.

"Dette er en helt ny tilgang til fremstilling af batterikatoder, hvilket resulterede i batterier med tidligere uopnåelige former og funktionaliteter, " sagde Paul V. Braun, en professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab og direktør for Frederick Seitz Materials Research Lab i Illinois. Han var med til at lede forskergruppen, der offentliggjorde sine resultater i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Traditionelle lithium-ion batteri katoder bruger lithium-holdige pulvere dannet ved høje temperaturer. Pulveret blandes med limlignende bindemidler og andre tilsætningsstoffer til en opslæmning, som fordeles på en tynd plade alufolie og tørres. Gyllelaget skal være tyndt, så batterierne er begrænset i, hvor meget energi de kan lagre. Limen begrænser også ydeevnen.

"Limen er ikke aktiv. Den bidrager ikke med noget til batteriet, og det kommer i vejen for elektricitet, der flyder i batteriet, " sagde medforfatter Hailong Ning, direktør for forskning og udvikling hos Xerion Advanced Battery Corporation i Champaign, en startup virksomhed, der er medstiftet af Braun. "Du har alt dette inaktive materiale, der optager plads inde i batteriet, mens hele verden forsøger at få mere energi og strøm fra batteriet."

Forskerne omgik pulver- og limprocessen helt ved at galvanisere lithiummaterialerne direkte på aluminiumsfolien.

Da den elektropletterede katode ikke har nogen lim, der optager plads, den pakker 30 procent mere energi end en konventionel katode, ifølge avisen. Den kan også oplade og aflade hurtigere, da strømmen kan passere direkte igennem den og ikke skal navigere rundt om den inaktive lim eller gennem gyllens porøse struktur. Det har også den fordel, at det er mere stabilt.

Derudover galvaniseringsprocessen skaber rene katodematerialer, selv fra urene startingredienser. Dette betyder, at producenter kan bruge materialer, der er lavere i omkostninger og kvalitet, og slutproduktet vil stadig have høj ydeevne, eliminerer behovet for at starte med dyre materialer, der allerede er bragt op til batterikvalitet, sagde Braun.

"Denne metode åbner døren til fleksible og tredimensionelle batterikatoder, da galvanisering involverer at dyppe substratet i et væskebad for at belægge det, " sagde medforfatter Huigang Zhang, en tidligere seniorforsker ved Xerion, som nu er professor ved Nanjing Universitet.

Forskerne demonstrerede teknikken på kulstofskum, en letvægter, billigt materiale, lave katoder, der var meget tykkere end konventionelle opslæmninger. De demonstrerede det også på folier og overflader med forskellige teksturer, former og fleksibilitet.

"Disse designs er umulige at opnå ved konventionelle processer, " sagde Braun. "Men det, der virkelig er vigtigt, er, at det er et højtydende materiale, og at det er næsten solidt. Ved at bruge en solid elektrode frem for en porøs, du kan lagre mere energi i en given volumen. I sidste ende, folk vil have batterier til at lagre meget energi."