Ny lithium-ion batteristrategi giver mere energi, længere livscyklus

(Phys.org) -- Lithium-ion-batterier driver enheder fra elbiler til smartphones. Og samfundet efterspørger flere batterier med mere kapacitet fra hvert batteri.

For at hjælpe med at imødekomme denne efterspørgsel, EMSL brugere og forskere lægger deres energi bag en smart ny idé, bogstaveligt talt, giver batterierne lidt plads til at vokse. Lithium-ion-batterier genererer elektricitet ved at sende lithium-ioner gennem en elektrolyt. I et fuldt opladet batteri, lithium-ioner lagres i en katode, såsom lithium cobalt oxid (LiCoO ₂ ).

Når den er i brug, lithium-ioner strømmer fra katoden gennem en elektrolyt ind i anoden, oftest lavet af kulstof. Under genopladning, ionerne skubbes tilbage til katoden, hvor de startede. Forskere byggede på den nuværende teknologi ved at lave en ny type anode, der består af enkelte siliciumnanopartikler inde i kulstofskaller, meget som æggeblommer inde i æg.

I dette nye design, lithium-ioner strømmer fra katoden gennem elektrolytten, diffunderer gennem kulstofskallerne, og gå ind i siliciumet - som kan rumme ti gange så mange lithiumioner som kulstof alene.

Ved at efterlade den helt rigtige mængde plads, de lithierede siliciumnanopartikler svulmer op for at fylde, men ikke briste, kulstofskallen.

Resultatet?

Et lithium-ion batterisystem, der sammenlignet med kommercielle batterier rummer syv gange mere energi og kan aflades og genoplades fem gange så mange gange, før det bliver slidt. Kritisk for dens gode ydeevne, det nye system danner en stabil skorpe, en fast elektrolyt interfase, på anoden, der er en konsekvens af elektrolytnedbrydning. I øvrigt, teamets fremstillingsproces er overkommelig, effektiv, og kan let skaleres op.