Ny teknologi har til formål at forbedre litiummetalbatteriets levetid, sikkerhed

Genopladelige lithium metalbatterier med øget energitæthed, ydeevne, og sikkerhed kan være mulig med en nyudviklet, fast-elektrolyt-interfase (SEI), ifølge forskere fra Penn State.

Efterhånden som efterspørgslen efter lithiummetalbatterier med højere energitæthed stiger-til elektriske køretøjer, smartphones, og droner - stabilitet af SEI har været et kritisk problem, der har stoppet deres fremskridt, fordi et saltlag på overfladen af ​​batteriets lithiumelektrode isolerer det og leder litiumioner.

"Dette lag er meget vigtigt og dannes naturligt ved reaktionen mellem litium og elektrolyt i batteriet, "sagde Donghai Wang, professor i mekanisk og kemisk teknik. "Men det opfører sig ikke særlig godt, hvilket skaber mange problemer. "

En af de mindst forståede komponenter i litiummetalbatterier, nedbrydningen af ​​SEI bidrager til udviklingen af ​​dendritter, som er nålelignende formationer, der vokser fra batteriets litiumelektrode og påvirker ydelse og sikkerhed negativt. Forskerne offentliggjorde deres tilgang til dette problem i dag (11. mar.) I Naturmaterialer .

"Det er derfor, lithiummetalbatterier ikke holder længere - interfasen vokser, og den er ikke stabil, "Sagde Wang." I dette projekt, vi brugte en polymerkomposit til at skabe et meget bedre SEI. "

Anført af kemidoktorand Yue Gao, den forbedrede SEI er en reaktiv polymerkomposit bestående af polymert lithiumsalt, lithiumfluorid nanopartikler, og grafenoxidplader. Den nye konstruktion af denne batterikomponent har tynde lag af disse materialer, det er her Thomas E. Mallouk, Evan Pugh University Professor i kemi, lånte sin ekspertise.

"Der er meget kontrol på molekylært niveau, der er nødvendigt for at opnå en stabil lithium-grænseflade, "Mallouk sagde." Polymeren, som Yue og Donghai designet, reagerer for at danne en klo-lignende binding til lithiummetaloverfladen. Det giver litiumoverfladen, hvad den ønsker på en passiv måde, så den ikke reagerer med molekylerne i elektrolytten. Nanosarkene i kompositmaterialet fungerer som en mekanisk barriere for at forhindre dendrit i at dannes fra lithiummetallet. "

Ved hjælp af både kemi og ingeniørdesign, samarbejdet mellem felter gjorde teknologien i stand til at styre litiumoverfladen i atomskala.

"Når vi konstruerer batterier, vi tænker ikke nødvendigvis som kemikere, helt ned til molekylært niveau, men det var det, vi skulle gøre her, sagde Mallouk.

Den reaktive polymer reducerer også vægten og fremstillingsomkostningerne, yderligere at forbedre fremtiden for lithium metalbatterier.

"Med en mere stabil SEI, det er muligt at fordoble energitætheden af ​​nuværende batterier, samtidig med at de holder længere og er mere sikre, "Sagde Wang.