Tyndt lag beskytter batteriet, tillader kold opladning

I jagten på en pålidelig, hurtig opladning, koldt vejr batteri til biler, en selvsamlende, et tyndt lag af elektrokemisk aktive molekyler kan være løsningen, ifølge et hold eller forskere.

"Lithiummetalbatteriet er den næste generation af batteri efter lithiumionbatteriet, " sagde Donghai Wang, professor i maskinteknik og en nøgleforsker i Battery and Energy Storage Technology Center, Penn State. "Den bruger en lithiumanode og har højere energitæthed, men har problemer med dendritisk vækst, lav effektivitet og lav cykluslevetid."

Løsningen på disse problemer, ifølge forskerne, er et selvsamlende monolag, der er elektrokemisk aktivt, så det kan nedbrydes til dets rette komponenter og beskytte overfladen af ​​lithiumanoden.

Batteriet er sammensat af lithium anode, en lithiummetaloxidkatode og en elektrolyt, som også har lithium-ion-ledende materialer og den beskyttende, tyndt filmlag. Uden dette lag, batteriet ville have tendens til at vokse lithiumkrystalpigge, hvis det oplades hurtigt eller under kolde forhold. Disse lithiumspidser kortslutter til sidst batteriet, kraftigt formindskelse af anvendeligheden og cykluslevetiden.

"Nøglen er at indstille den molekylære kemi til at samle sig selv på overfladen, " sagde Wang. "Monolaget vil give en god solid elektrolytgrænseflade ved opladning, og beskyt lithiumanoden."

Forskerne afsætter monolaget på et tyndt kobberlag. Når batteriet oplades, lithium rammer monolaget og nedbrydes for at danne et stabilt grænsefladelag. Noget lithium aflejres på kobberet sammen med det resterende lag, og den nedbrudte del af det oprindelige lag reformeres oven på lithium, beskytter lithium og forhindrer dendritter af lithium i at dannes.

Ifølge forskerne, denne teknologi kan øge mængden af ​​batteriets lagerkapacitet og kan øge antallet af gange, batteriet kan oplades. Imidlertid, på dette tidspunkt, batteriet kan kun oplades et par hundrede gange. Forskerne rapporterede deres arbejde i et nyligt nummer af Naturenergi .

"Nøglen er, at denne teknologi viser en evne til at danne et lag, når det er nødvendigt til tiden, og nedbrydes og spontant reformeres, så det bliver på kobberet og også dækker overfladen af ​​lithium, " sagde Wang. "Til sidst kunne det bruges til droner, biler, eller nogle meget små batterier, der bruges til undervandsapplikationer ved lave temperaturer.