Asfalt hjælper litiumbatterier med at oplade hurtigere

Et strejf af asfalt kan være hemmeligheden bag højkapacitets lithiummetalbatterier, der oplades 10 til 20 gange hurtigere end kommercielle lithium-ionbatterier, ifølge Rice University-forskere.

Kemikeren James Tours Rice-laboratorium udviklede anoder bestående af porøst kulstof fremstillet af asfalt, der viste enestående stabilitet efter mere end 500 opladnings-afladningscyklusser. En højstrømstæthed på 20 milliampere per kvadratcentimeter demonstrerede materialets løfte om brug ved hurtigopladning og afladning, der kræver høj effektdensitet. Fundet er rapporteret i American Chemical Society journal ACS Nano .

"Kapaciteten af ​​disse batterier er enorm, men hvad der er lige så bemærkelsesværdigt er, at vi kan bringe dem fra nul opladning til fuld opladning på fem minutter, i stedet for de typiske to timer eller mere, der er nødvendige med andre batterier, " sagde Tour.

Tour-laboratoriet brugte tidligere et derivat af asfalt - specifikt, ubehandlet gilsonit, den samme type, der bruges til batteriet - til at opfange drivhusgasser fra naturgas. Denne gang, forskerne blandede asfalt med ledende grafen nanobånd og coated kompositten med lithiummetal gennem elektrokemisk aflejring.

Laboratoriet kombinerede anoden med en sulfuriseret carbon katode for at lave fulde batterier til test. Batterierne viste en høj effekttæthed på 1, 322 watt per kilogram og høj energitæthed på 943 watt-timer per kilogram.

Test afslørede en anden væsentlig fordel:Kulstoffet formindskede dannelsen af ​​lithiumdendritter. Disse mosbevoksede aflejringer invaderer et batteris elektrolyt. Hvis de strækker sig langt nok, de kortslutter anoden og katoden og kan få batteriet til at svigte, antændes eller eksplodere. Men det asfaltafledte kulstof forhindrer enhver dendritdannelse.

Et tidligere projekt fra laboratoriet fandt ud af, at en anode af grafen og kulstof nanorør også forhindrede dannelsen af ​​dendritter. Tour sagde, at den nye komposit er enklere.

"Mens kapaciteten mellem det tidligere og dette nye batteri er ens, nærmer sig den teoretiske grænse for lithiummetal, det nye asfaltafledte kulstof kan optage mere lithiummetal pr. arealenhed, og det er meget enklere og billigere at lave, "sagde han." Der er ikke noget kemisk dampaflejringstrin, intet e-beam deponeringstrin og ikke nødvendigt at dyrke nanorør fra grafen, så fremstillingen er meget forenklet. "