Nye salte hæver barren for lithium-ion-batteriteknologi

Lithium-ion-batterier kommer til at spille en dominerende rolle i elektriske køretøjer og andre applikationer i den nærmeste fremtid - men batterimaterialerne, i øjeblikket i brug, kommer til kort med hensyn til sikkerhed og ydeevne og holder den næste generation af højtydende batterier tilbage.

I særdeleshed, udviklingen af ​​elektrolytten udgør en vigtig udfordring for batterier med højere effekt, der egner sig til energilagring og køretøjsapplikationer.

På Monash University School of Chemistry, videnskabsmænd under ledelse af professor Doug MacFarlane og Dr. Mega Kar, der arbejder med det lokale firma Calix Ltd, har fundet alternative løsninger på denne udfordring med ny kemi.

"Det lithiumsalt, der i øjeblikket bruges i lithium-ion-batterier, er lithiumhexafluorphosphat, som udgør en brand- og sikkerhedsfare samt toksicitet, " sagde professor MacFarlane.

"I mindre bærbare enheder, denne risiko kan delvist afbødes. Imidlertid, i en stor batteripakke, såsom elektriske køretøjer og udendørs netskala energilagringssystemer, den potentielle fare er meget intensiveret. Højere spændings- og strømbatterier er også på tegnebrættet, men kan ikke bruge hexafluorfosfatsaltet. "

I forskning offentliggjort i Avancerede energimaterialer , kemikerne beskriver et nyt lithiumsalt, som kan overvinde udfordringerne ved elektrolytdesign og erstatte hexafluorphosphatsaltet.

"Vores mål har været at udvikle sikre fluorboratsalte, som ikke påvirkes, selvom vi udsætter dem for luft, " sagde hovedstudieforfatter Dr. Binayak Roy, også fra Monash University School of Chemistry.

"Den største udfordring med det nye fluorboratsalt var at syntetisere det med renhed af batterikvalitet, hvilket vi har været i stand til ved en omkrystallisationsproces, " han sagde.

"Når det sættes i et lithiumbatteri med lithiummanganoxidkatoder, cellen cyklede i mere end 1000 cyklusser, selv efter atmosfærisk eksponering, en ufattelig bedrift sammenlignet med det hyperfølsomme hexafluorfosfatsalt."

Ifølge Dr. Roy, når det kombineres med et nyt katodemateriale i et højspændingslithiumbatteri, denne elektrolyt klarede sig langt bedre end det konventionelle salt. I øvrigt, saltet viste sig at være meget stabilt på aluminiumstrømaftagere ved højere spændinger, efter behov for næste generations batterier.

Forskningen er et resultat af et samarbejde inden for Australian Research Council (ARC) Training Center for Future Energy Storage Technologies (www.storenergy.com.au).

StorEnergy er et føderalt finansieret Industry Transformation Training Center, som har til formål at træne og dygtiggøre den næste generation af arbejdere inden for den australske energiindustri og fremme industri-universitetssamarbejde.

StorEnergy Director Professor Maria Forsyth fra Deakin University, sagde:"Dette er et vidunderligt eksempel på, hvordan industri-universitetssamarbejder støttet gennem statslig forskningsfinansiering kan understøtte Australiens lederskab inden for næste generation af sikre batteriteknologier."

Forskningen blev udført i samarbejde med Calix Ltd., et Victoria/NSW-baseret firma, der producerer højkvalitets mangan-baserede batterimaterialer fra australske mineraler. Forskningen vil hjælpe Calix med at nå sit mål om storstilet fremstilling af australsk-baserede Li-ion-batterier, sigter mod energilagringssystemer i netskala til udrulning i Australien.

Dr. Matt Boot-Handford, General Manager for R&D hos Calix sagde:"Calix udvikler en platformsteknologi til at producere højtydende, omkostningseffektive batterimaterialer i Australien. Vi arbejder tæt sammen med vores forskningspartnere hos Monash og Deakin gennem StorEnergy for at understøtte udviklingen af ​​elektrolytsystemer, der er kompatible med Calix's elektrodematerialer. Den overlegne elektrokemiske ydeevne og stabilitet demonstreret af Monash-teamets nye elektrolytsystem parret med Calix's lithium-manganoxid-elektrodemateriale er en spændende og vigtig milepæl, der bringer os et skridt tættere på at gøre batterier med Calix næste generations elektrodematerialer til en kommerciel realitet.

"I den nærmeste fremtid håber vi at gøre disse nye anioner til termisk stabile, ikke-brændbare flydende salte, hvilket gør dem gavnlige for batterier, der arbejder ved høje temperaturer, " sagde Dr. Kar.

"Med de nuværende klimaforhold, At designe sådanne batteriteknologier med sikkerhed og stabilitet vil være vigtigt i implementeringen af ​​en bæredygtig energiløsning i netskala i Australien."