Nanorør kan give verden bedre batterier

Forskere fra Rice University regner med film af carbon nanorør for at lave kraftfulde, hurtigopladede lithiummetalbatterier en logisk erstatning for almindelige lithium-ion-batterier.

Kemikeren James Tours Rice-laboratorium viste, at tynde nanorørfilm effektivt stopper dendritter, der vokser naturligt fra ubeskyttede lithiummetalanoder i batterier. Over tid, disse tentakellignende dendritter kan gennembore batteriets elektrolytkerne og nå katoden, hvilket får batteriet til at svigte.

Det problem har både dæmpet brugen af ​​lithiummetal i kommercielle applikationer og tilskyndet forskere verden over til at løse det.

Litiummetal oplades meget hurtigere og holder cirka 10 gange mere energi i volumen end litiumionelektroderne, der findes i næsten alle elektroniske enheder, herunder mobiltelefoner og elbiler.

"En af måderne til at bremse dendritter i lithium-ion-batterier er at begrænse, hvor hurtigt de oplades, " sagde Tour. "Det kan folk ikke lide. De vil gerne kunne oplade deres batterier hurtigt."

Ris-holdets svar, detaljeret i Avancerede materialer , er enkel, billig og yderst effektiv til at stoppe dendritvækst, sagde Tour.

"Det, vi har gjort, viser sig at være rigtig nemt, " sagde han. "Du belægger bare en lithiummetalfolie med en flervægget kulstof nanorørfilm. Lithium doper nanorørfilmen, der skifter fra sort til rødt, og filmen diffunderer igen lithium-ionerne."

"Fysisk kontakt med lithiummetal reducerer nanorørfilmen, men balancerer det ved at tilføje lithiumioner, " sagde Rice postdoc-forsker Rodrigo Salvatierra, co-lead forfatter af papiret sammen med kandidatstuderende Gladys López-Silva. "Ionerne fordeler sig i hele nanorørfilmen."

Når batteriet er i brug, filmen udleder lagrede ioner og den underliggende lithiumanode genopfylder den, opretholdelse af filmens evne til at standse dendritvækst.

Den sammenfiltrede nanorør-film slukkede effektivt dendritter over 580 opladnings-/afladningscyklusser af et testbatteri med en sulfuriseret kulstofkatode, som laboratoriet udviklede i tidligere eksperimenter. Forskerne rapporterede, at de fulde lithiummetalceller beholdt 99,8 procent af deres coulombiske effektivitet, målet for, hvor godt elektroner bevæger sig i et elektrokemisk system.