Elektriske bilbatterier suppleret med fluorerede elektrolytter til længere kørsel

Elbilbatteriernes succes afhænger af de kilometer, der kan køres på en enkelt opladning, men den nuværende afgrøde af lithium-ion-batterier når deres naturlige grænse for, hvor meget ladning der kan pakkes ind i et givet rum, holde chauffører på en kort tøjre. Nu, forskere ved University of Maryland (UMD), U.S. Army Research Laboratory (ARL), og Argonne National Laboratory (ANL) har fundet ud af, hvordan man kan øge et genopladeligt batteris kapacitet ved at bruge aggressive elektroder og derefter stabilisere disse potentielt farlige elektrodematerialer med en stærkt fluoreret elektrolyt.

Et peer-reviewed papir baseret på forskningen blev offentliggjort 16. juli i tidsskriftet Naturnanoteknologi .

"Vi har skabt en fluorbaseret elektrolyt for at muliggøre en lithium-metalanode, som vides at være notorisk ustabil, og demonstrerede et batteri, der holder op til tusind cyklusser med høj kapacitet, "sagde de første forfattere Xiulin Fan og Long Chen, postdoktorale forskere ved UMD's A. James Clark School of Engineering.

De nye batterier kan således oplades og aflades mange gange uden at miste evnen til at levere en pålidelig strøm af høj kvalitet. Selv efter tusind opladningscyklusser, de fluorforbedrede elektrolytter sikrede 93% af batterikapaciteten, som forfatterne kalder "hidtil uset." Det betyder, at en bil, der kører på denne teknologi, pålideligt ville køre det samme antal kilometer i mange år.

"Cykluslivet, de opnåede med de givne elektrodematerialer og driftsspændingsvinduer, lyder" uden fortilfælde. " Dette arbejde er en [sic] stor fremgang fremad i batterifeltet i retning af at øge energitætheden, selvom yderligere tuning kan være nødvendig for at opfylde forskellige standarder for kommercialisering, "sagde Jang Wook Choi, en lektor i kemisk og biologisk teknik ved Seoul National University i Sydkorea. Choi var ikke involveret i forskningen.

Holdet demonstrerede batterierne i møntcelleform som et urbatteri til test og arbejder sammen med branchepartnere for at bruge elektrolytterne til et højspændingsbatteri.

Disse aggressive materialer, såsom lithium-metalanode og nikkel og højspændingskatodematerialer, kaldes sådan, fordi de reagerer stærkt med andet materiale, hvilket betyder, at de kan rumme meget energi, men også har en tendens til at "æde op" alle andre elementer, de har et partnerskab med, gør dem ubrugelige.

Chunsheng Wang, professor i Clark Schools afdeling for kemisk og biokemisk teknik, har samarbejdet med Kang Xu på ARL og Khalil Amine på ANL om disse nye elektrolytmaterialer til batterier. Da hvert element i det periodiske system har et andet arrangement af elektroner, Wang studerer, hvordan hver permutation af kemisk struktur kan være en fordel eller ulempe i et batteri. Han og Xu står også i spidsen for en industri-universitet-regering-samarbejdsindsats kaldet Center for Research in Extreme Batteries, som har til formål at forene virksomheder, der har brug for batterier til usædvanlig brug, med de forskere, der kan opfinde dem.

"Formålet med forskningen var at overvinde den kapacitetsbegrænsning, lithium-ion-batterier oplever. Vi identificerede, at fluor er den vigtigste ingrediens, der sikrer, at disse aggressive kemikalier opfører sig reversibelt for at give lang batterilevetid. En yderligere fordel ved fluor er, at det gør normalt brændbare elektrolytter helt ude af stand til at tage ild, "sagde Wang.

Teamet optog video af flere battericeller, der brænder i øjeblikket, men fluorbatteriet var uigennemtrængeligt.

Den høje population af fluorholdige arter i interfaser er nøglen til at få materialet til at fungere, selvom resultaterne tidligere har varieret for forskellige forskere med hensyn til fluorering.

"Du kan finde beviser fra litteratur, der enten understøtter eller afviser fluor som en god ingrediens i interfaser, "sagde Xu, laboratoriekollega og teamleder for forskningen på ARL. "Det, vi lærte i dette arbejde, er, at i de fleste tilfælde er det ikke kun, hvilke kemiske ingredienser du har i interfasen, men hvordan de er arrangeret og fordelt. "