Trykkogning for at forbedre elbilbatterier

Batterier, der driver elbiler, har problemer. De tager lang tid at oplade. Opladningen holder ikke længe nok til at køre lange afstande. De tillader ikke bilister at accelerere hurtigt. De er store og omfangsrige.

Forskere ved University of California, Riversides Bourns College of Engineering har redesignet komponentmaterialerne i batteriet på en miljøvenlig måde for at løse nogle af disse problemer. Ved at skabe nanopartikler med en kontrolleret form, de tror mindre, mere kraftfulde og energieffektive batterier kan bygges.

"Dette er en kritisk, grundlæggende skridt i at forbedre effektiviteten af ​​disse batterier, sagde David Kisailus, en lektor i kemi- og miljøteknik og ledende forsker på projektet.

Ud over elbiler, de nydesignede batterier kunne bruges til kommunal energilagring, herunder energi genereret af solen og vinden.

De første resultater er beskrevet i et netop offentliggjort papir kaldet "Solvothermal Synthesis, Udvikling og ydeevne af LiFePO4 nanostrukturer" i tidsskriftet Krystalvækst og design .

Kisailus, som også er Winston Chung-begavet professor i energiinnovation, og Jianxin Zhu, en ph.d. studerende, der arbejder med Kisailus, var avisens hovedforfattere. Andre forfattere var:Joseph Fiore, Dongsheng Li, Nichola Kinsinger og Qianqian Wang, som alle tidligere arbejdede med Kisailus; Elaine DiMasi, af Brookhaven National Laboratory; og Juchen Guo, en adjunkt i kemi- og miljøteknik ved UC Riverside.

Forskerne i Kisailus' Biomimetics and Nanostructured Materials Lab satte sig for at forbedre effektiviteten af ​​lithium-ion-batterier ved at målrette en af ​​batteriets materialekomponenter, katoden.

Lithiumjernfosfat (LiFePO4), én type katode, er blevet brugt i elektriske køretøjer på grund af dets lave omkostninger, lav toksicitet og termisk og kemisk stabilitet. Imidlertid, dets kommercielle potentiale er begrænset, fordi det har dårlig elektronisk ledningsevne, og lithium-ioner er ikke særlig mobile i det.

Flere syntetiske metoder er blevet anvendt til at overvinde disse mangler ved at kontrollere partikelvækst. Her, Kisailus og hans team brugte en solvotermisk syntetisk metode, i det væsentlige at placere reaktanter i en beholder og opvarme dem under tryk, som en trykkoger.

Kisailus, Zhu og deres team brugte en blanding af opløsningsmidler til at kontrollere størrelsen, partiklernes form og krystallinitet og overvågede derefter nøje, hvordan lithiumjernfosfatet blev dannet. Ved at gøre dette, de var i stand til at bestemme forholdet mellem de nanostrukturer, de dannede, og deres ydeevne i batterier.

Ved at kontrollere størrelsen af ​​nanokrystaller, som typisk var 5, 000 gange mindre end tykkelsen af ​​et menneskehår, inden for formkontrollerede partikler af LiFePO4, Kisailus 'team har vist, at der kan genereres batterier med mere strøm efter behov.

Disse størrelses- og formmodulerede partikler tilbyder en højere andel af indføringspunkter og reducerede vejlængder til Li-ion-transport, dermed forbedre batterihastigheden. Kisailus og hans team forfiner i øjeblikket denne proces for ikke kun at forbedre ydeevnen yderligere og reducere omkostningerne, men også implementere skalerbarhed.