Nanopartikler forbedrer lithiumbatteriets elektroder

(Phys.org) – Materialeforskere har udviklet en enkel, robust måde at fremstille kulstoffri og polymerfri, letvægts kolloide film til lithium-ion batteri elektroder, hvilket i høj grad kunne forbedre batteriets ydeevne.

Ved at udvikle en metode til additivfrie elektroder, der opretholder høj ledningsevne, forskerne har åbnet nye muligheder for at reducere vægten og volumen af ​​batterier, samtidig med at skabe et skabelonsystem til at studere nanopartikelelektrodernes fysik.

Arbejdet, ledet af Richard Robinson, assisterende professor i materialevidenskab og teknik, og kandidatstuderende Don-Hyung Ha, er omtalt i 10. oktober-udgaven af Nano bogstaver (bind 12, nr. 10).

Nanopartikler er blevet grundigt undersøgt som en aktiv katode og anode i lithium-ion-batterier - almindelige komponenter i elektroniske enheder - fordi de kan forbedre batteriernes elektrokemiske egenskaber.

For at bruge kolloide nanopartikler til elektroderne, det havde været nødvendigt at kombinere dem med kulstofbaserede ledende materialer for at forbedre ladningstransporten, samt polymere bindemidler til at klæbe partiklerne sammen og til elektrodesubstratet, sagde Robinson. Denne proces tilføjede ekstra vægt til batteriet og gjorde det vanskeligt at modellere bevægelsen af ​​Li-ioner og elektroner gennem blandingen.

Den kritiske behandlingsteknik Robinson og kolleger brugte var elektroforetisk aflejring, som binder metalnanopartiklerne til overfladen af ​​elektrodesubstratet til hinanden i en samling, skabe stærke elektriske kontakter mellem partiklerne og strømopsamleren.

Processen resulterer i en væsentlig forbedring af batterielektrodesamlingen, som ikke kan replikeres ved konventionelle metoder. Når først er vedhæftet, partiklerne er ikke længere opløselige og er mekanisk robuste. Faktisk, denne behandling skaber en film, der har overlegen mekanisk stabilitet sammenlignet med film fremstillet ved konventionelle batterifremstillingsmetoder med bindemidler, sagde Robinson.

Denne forskning har ført til den første cobalt-oxid nanopartikel-film batterielektrode fremstillet uden brug af bindemidler og carbon black additiver, og de viser høje gravimetriske og volumetriske kapaciteter, selv efter 50 cyklusser.