Forskere designer dendritfrit lithiumbatteri

Ved at designe en fast elektrolyt, der er stiv på den ene side og blød på den anden, forskere har fremstillet et lithium-metalbatteri, der fuldstændigt undertrykker dendritdannelse - en stor sikkerhedsrisiko, der kan forårsage brand og forkorte batteriets levetid. Dette design overvinder også en afvejning, der typisk er til stede i disse batterier, ved samtidig at eliminere dendritvækst og reducere modstanden ved elektrode/elektrolyt-grænsefladen. Typiske metoder kan ikke nå begge disse mål på samme tid.

Forskerne, fra Profs. Yu-Guo Guo og Li-Jun Wans grupper af det kinesiske videnskabsakademi og det kinesiske videnskabsakademis universitet, har offentliggjort et papir om den nye elektrolyt i et nyligt nummer af Journal of the American Chemical Society .

"Vi har foreslået en asymmetrisk fast elektrolyt, som samtidigt kan opfylde kravene til en dendritfri lithiumanode og en lav grænseflademodstand i solide batterier, " fortalte Guo Phys.org .

Som forskerne forklarer, afvejningen i lithiumbatterier opstår, fordi lithiumanoden og katoden har krav, der i sagens natur er modstridende. Mens anoden kræver en stiv elektrolyt for at blokere dendritvækst, det er vanskeligt for en stiv elektrolyt at opretholde tilstrækkelig kontakt med den faste katode, hvilket skaber en stærkt resistiv katode/elektrolytgrænseflade.

For at løse dette problem, forskerne designede en asymmetrisk fast elektrolyt, hvor hver side har en anden type overflade. Den side, der vender mod anoden, er et stift keramisk materiale, der presser mod lithiumanoden for at modvirke vækst af dendrit. På den anden side, siden, der vender mod katoden, er lavet af en blød polymer, hvilket giver mulighed for en stærk grænsefladeforbindelse med katoden. Hele elektrolytten er også meget tynd, på knap 36 mikrometer.

I test, forskerne sammenlignede batterier med den nye elektrolyt med dem med en konventionel elektrolyt. Efter 1750 timers cykling, de fandt ud af, at batterierne med den konventionelle elektrolyt udviste grove morfologier, der indikerer dendritdannelse, mens dem med den nye elektrolyt ikke viste nogen morfologiske ændringer selv efter 3200 timers cykling, hvilket indikerer, at dendritvækst effektivt blev elimineret.

Fremadrettet, forskerne forventer, at de dendritfri lithiumbatterier vil føre til energilagringssystemer, der kombinerer lithiumbatteriers høje energi- og effekttætheder med forbedret sikkerhed og længere levetid på grund af eliminering af dendritvækst.

"Vi planlægger at designe poseceller med denne asymmetriske faste elektrolyt for at opnå en høj energitæthed i solide batterier, " sagde Guo.

© 2018 Phys.org