Båndets historie:Klæbrige bits gør bedre batterier

Hvor tingene bliver klæbrige, er tilfældigvis, hvor interessant videnskab sker i et Rice University -laboratorium, der arbejder på at forbedre batteriteknologien.

Ved hjælp af teknikker, der ligner dem, de anvendte til at udvikle laserinduceret grafen, Riskemiker James Tour og hans kolleger forvandlede tape til en siliciumoxidfilm, der erstatter besværlige anoder i lithiummetalbatterier.

For Avancerede materialer undersøgelse, forskerne brugte en infrarød laserskærer til at konvertere det silikonebaserede klæbemiddel af kommercielt tape til den porøse siliciumoxidbelægning, blandet med en lille mængde laserinduceret grafen fra tapets polyimidunderlag. Det beskyttende siliciumoxidlag dannes direkte på batteriets nuværende opsamler.

Ideen om at bruge tape kom fra tidligere forsøg på at producere fritstående film af laserinduceret grafen, Tour sagde. I modsætning til rene polyimidfilm, båndet producerede ikke kun laserinduceret grafen fra polyimidunderlaget, men også en gennemskinnelig film, hvor klæbemidlet havde været. Det fangede forskernes nysgerrighed og førte til yderligere eksperimenter.

Laget dannede sig, da de satte båndet fast på en kobberstrømsamler og lasede det flere gange for hurtigt at hæve dets temperatur til 2, 300 Kelvin (3, 680 grader Fahrenheit). Det genererede en porøs belægning, der hovedsageligt består af silicium og ilt, kombineret med en lille mængde kulstof i form af grafen.

I forsøg, den skummende film syntes at opsuge og frigive lithiummetal uden at tillade dannelse af dendritter-stikkende fremspring-der kan kortslutte et batteri og potentielt forårsage brand. Forskerne bemærkede, at lithiummetal har en tendens til at nedbrydes hurtigt under batteriets opladnings- og afladningscyklusser med nøgestrømssamleren, men der blev ikke observeret sådanne problemer i anoder overtrukket med laserinduceret siliciumoxid (LI-SiO).

"I traditionelle lithium-ion-batterier, lithiumioner interkaleres til en grafitstruktur ved opladning og de-interkalateres, når batteriet aflades, "sagde hovedforfatter Weiyin Chen, en ris -kandidatstuderende. "Seks carbonatomer bruges til at lagre et lithiumatom, når grafitens fulde kapacitet bruges.

"Men i en litiummetalanode, der bruges ikke grafit, "sagde han." Lithiumionerne kører direkte fra metalanodens overflade, når batteriet aflades. Litiummetalanoder betragtes som en nøgleteknologi til fremtidig batteriudvikling, når deres sikkerhed og ydeevne er løst. "

Litiummetalanoder kan have en kapacitet 10 gange højere end traditionelle grafit-lithium-ion-batterier. Men lithiummetalbatterier, der er blottet for grafit, bruger normalt overskydende lithiummetal til at kompensere for tab forårsaget af oxidation af anodeoverfladen, Tour sagde.

"Når der er nul overskydende lithiummetal i anoderne, de lider generelt hurtig nedbrydning, producerende celler med meget begrænset cyklustid, "sagde medforfatter Rodrigo Salvatierra, en akademisk gæst i Tour -laboratoriet. "På den lyse side, disse 'anodefrie' celler bliver lettere og leverer bedre ydeevne, men med prisen på et kort liv. "

Forskerne bemærkede, at LI-SiO tredoblet batteriets levetid i forhold til andre nuloverskydende lithiummetalbatterier. De LI-SiO-belagte batterier leverede 60 opladnings-afladningscyklusser, samtidig med at de bevarede 70% af deres kapacitet.

Tour sagde, at det kunne gøre litiummetalbatterier velegnede som højtydende batterier til udendørs ekspeditioner eller lagring med høj kapacitet til kortsigtede afbrydelser i landdistrikter.

Brug af standardindustrilasere bør gøre det muligt for industrien at skalere op til storarealsproduktion. Tour sagde, at metoden er hurtig, kræver ingen opløsningsmidler og kan udføres i rumatmosfære og temperatur. Han sagde, at teknikken også kan producere film til understøttelse af metal -nanopartikler, beskyttende belægninger og filtre.