De batterij van het ‚werkpaard‘ lithium krachtiger kunnen zou zijn dankzij nieuw ontwerp

„Wat wij nu hebben [in lithium-ionenbatterijtechnologie] is eigenlijk bij de grenzen van zijn mogelijkheden,“ bovengenoemd Archer. De „lithium-ionenbatterij, die het werkpaard in het aandrijven van nieuwe elektronikatechnologieën is geworden, werkt bij meer dan 90 percenten van zijn theoretische opslagcapaciteit. De minder belangrijke techniekkneepjes kunnen tot betere batterijen met meer opslag leiden, maar dit is geen oplossing op lange termijn.“

„U hebt een soort radicale denkrichtingsverandering nodig,“ hij zei, „en dat betekent dat u bijna moet bij het begin beginnen.“

Snehashis „Sne“ Choudhury, Ph.D. ‚18, is op de proppen gekomen met welke Archer-termijnen een „elegante“ oplossing voor een fundamenteel probleem met navulbare batterijen die energie-dichte metaallithiumanoden gebruiken: de soms-catastrofale instabiliteit toe te schrijven aan dendrieten, die zijn stekels van lithium die van de anode als ionen groeien reist afwisselend door de elektrolyt tijdens last en lossingscycli.

Als de dendriet door de separator breekt en de kathode bereikt, kunnen het kortsluiten en de brand voorkomen. De stevige elektrolyten zijn getoond om de dendrietgroei mechanisch, maar ten koste van snel ionenvervoer te onderdrukken. De oplossing van Choudhury: Beperk de dendrietgroei door de structuur van de elektrolyt zelf, die kan chemisch worden gecontroleerd.

Gebruikend een reactieprocedure introduceerde de Archer-Groep in 2015, wenden zij „cross-linked harige nanoparticles aan“ -- een ent van kiezelzuur nanoparticles en a functionalized polymeer (polypropyleenoxyde) -- om een poreuze elektrolyt te creëren die effectief verlengt moeten de routeionen aan reis van de anode aan de kathode en rug nemen, dramatisch de verhogend het leven van de anode.

Hun document, „het Beperken Electrodeposition van Metalen in Gestructureerde Elektrolyten, werd“ gepubliceerd in Werkzaamheden van de Nationale Academie van Wetenschappen. Choudhury en Dylan Vu -- het toenemende ondergeschikte afmet specialisatie studeren in chemische techniek -- zijn mede-eerste auteurs.

Choudhury, die aan de Universiteit van Stanford voor zijn post-doctoraal werk wordt geleid, bedacht ook een methode voor directe visualisatie van de binnenwerkingen van hun experimentele batterij. De groep bevestigde theoretische voorspellingen over de dendrietgroei met het apparaat van Choudhury.

„Dit is iets ik heeft willen voor, veronderstel ik, de levens van drie Ph.D.-studenten doen,“ bovengenoemd Archer, die in Cornell sinds 2000, met een lach ben geweest. „Welke Sne kon doen waren ontwerp een cel die ons aan, zeer elegant, visualiseert wat bij lithium-metaal interface voorkomt toestond, die ons nu de capaciteit de geven om verder dan theoretische voorspellingen te gaan.“

Een andere nieuwigheid van dit werk, bovengenoemd Archer, „brengt iets van een canon“ in batterijwetenschap ten val. Het is lang gehouden dat om de dendrietgroei te onderdrukken, de separator binnen de batterij sterker moet zijn dan het metaal het probeert te onderdrukken, maar poreuze het polymeerseparator van Choudhury -- met gemiddelde poriegrootte onder 500 nanometers -- werden getoond om de groei te arresteren.