Bedre rød end frygt:Barrieren holder batterierne sikre

Forskere fra Rice University har taget det næste skridt mod implementering af kraftfulde, genopladelige lithium metalbatterier ved at gøre dem mere sikre og enklere at fremstille.

Rice lab af kemiker James Tour lavede testceller med et lag rødt fosfor på separatoren, der holder anoden og katodeelektroderne adskilt. Fosforet fungerer som en spion for ledelsessystemer, der bruges til at oplade og overvåge batterier ved at detektere dannelse af dendritter, fremspring af lithium, der kan få dem til at mislykkes.

Litiummetalanoder oplades meget hurtigere og holder cirka 10 gange mere energi i volumen end almindelige litiumionanoder, der bruges i stort set alle elektroniske enheder på markedet, herunder mobiltelefoner og elbiler. Anoder er en af ​​to elektroder, der er nødvendige for batteridrift.

Men opladning af litiuminfunderede anoder danner dendritter, der, hvis de når katoden, forårsage kortslutning og muligvis brand eller eksplosion. Når en dendrit når en rød fosforbelagt separator, batteriets opladningsspænding ændres. Det fortæller batteristyringssystemet at stoppe opladningen.

I modsætning til andre foreslåede dendritdetektorer, Risstrategien kræver ikke en tredje elektrode.

"Det er meget hårdt at fremstille batterier med en tredje elektrode, "Tour sagde." Vi foreslår et statisk lag, der giver en stigning i spændingen, mens batteriet oplades. Den spids er et signal om at lukke den ned. "

Forskningen vises i Avancerede materialer .

Det røde fosforlag havde ingen signifikant effekt på normal ydeevne i forsøg på testbatterier fra Tour -laboratoriet.

Forskerne byggede en gennemsigtig testcelle med en elektrolyt (det flydende eller gelelignende materiale mellem elektroderne og omkring separatoren, der gør det muligt for batteriet at generere en strøm) kendt for at accelerere ældning af katoden og tilskynde til dendritvækst. Det lod dem overvåge spændingen, mens de så dendrit vokse.

Med en almindelig separator, de så dendriterne komme i kontakt og trænge ind i separatoren uden ændring i spænding, en situation, der ville få et normalt batteri til at gå i stykker. Men med det røde fosforlag, de observerede et kraftigt fald i spændingen, da dendritterne kontaktede separatoren.

"Så snart en voksende dendrit rører ved det røde fosfor, det giver et signal i opladningsspændingen, "Tour sagde." Når batteristyringssystemet registrerer det, det kan sige, 'Stop med at oplade, brug ikke. '"

Sidste år, laboratoriet introducerede carbon nanorørfilm, der ser ud til helt at stoppe dendritvækst fra litiummetalanoder.

"Ved at kombinere de to seneste fremskridt, væksten af ​​lithiumdendrit kan dæmpes, og der er en intern forsikring om, at batteriet lukker ned i det usandsynlige tilfælde, at selv en enkelt dendrit vil begynde at vokse mod katoden, "Sagde Tour.

"Bogstaveligt talt, når du laver et nyt batteri, du tjener over en milliard af dem, "sagde han." Kan et par af dem mislykkes? Det tager kun et par brande for folk at blive virkelig sure. Vores arbejde giver en yderligere garanti for batterisikkerhed. Vi foreslår endnu et beskyttelseslag, der skal være enkelt at implementere. "