Wetenschappers hebben een manier gevonden om de levensduur van lithium-metaalbatterijen te verdrievoudigen
Lithium-metaalbatterijen zijn een van de meest veelbelovende nieuwe typen batterijen. Hun potentiële capaciteit is tenslotte 10 keer groter dan die van vergelijkbare lithium-ionbatterijen.
Maar door de toegenomen neiging om dendrieten te vormen en de corrosieve vernietiging van metallisch lithium konden nieuwe batterijen de markt niet volledig veroveren.
Maar een onderzoeksteam van Rice University lijkt een oplossing voor dit probleem te hebben gevonden.
De wetenschappelijke groep stelde een vrij elegante oplossing voor: met behulp van de meest voorkomende tape en moderne lasertechnologie slaagden ze erin een volledig nieuw materiaal voor de elektrode te ontwikkelen.
Lithium-metaalbatterij en de belangrijkste nadelen ervan
Bij het ontwerp van een lithium-metaalbatterij is de anode (die in andere batterijen van grafiet is gemaakt) gemaakt van puur metaal-lithium.
En aangezien dit materiaal een verhoogde specifieke energie heeft, kan metaal-lithium de batterijcapaciteit met 10 keer verhogen en het laadproces vele malen versnellen.
Hier zijn slechts een aantal belangrijke nadelen, en de belangrijkste is een verhoogde neiging om zogenaamde dendrieten te vormen.
Metaalophoping, die de werkelijke capaciteit van de batterij aanzienlijk zal verminderen en er zelfs voor kan zorgen dat de batterij vlam vat als gevolg van een interne kortsluiting.
Wat wetenschappers hebben gesuggereerd
Om de snelheid van dendrietvorming zo laag mogelijk te houden, werd de volgende oplossing voorgesteld:
Neem de meest gewone plakband, voeg er een beetje grafeen aan toe, wikkel het om een koperen stroomcollector (die deel uitmaakt van de lithiumanode) en verwerk het met speciaal afgestemde lasers.
Tegelijkertijd werd het werkstuk verwarmd tot een extreme temperatuur van 2026 graden Celsius, waardoor de oorspronkelijke eigenschappen van het werkstuk veranderden.
Deze behandeling veranderde de kopertape in een poreuze structuur, die voornamelijk begon te bestaan uit silicium en zuurstof met kleine onzuiverheden van grafeen.
Experimenten met het op deze manier verkregen materiaal hebben aangetoond dat het als beschermend omhulsel kan dienen stroomcollector, terwijl hij actief metallisch lithium absorbeert en uitzendt en tegelijkertijd de formatie niet provoceert ongewenste dendrieten.
Bovendien was de sterke oxidatie van lithiummetaal een ander ernstig probleem. Dit heeft de efficiëntie en levensduur van lithium-metaalbatterijen aanzienlijk verminderd. En om dit effect te verminderen, was het noodzakelijk om de anode te vergroten.
De coating die tijdens het experiment werd verkregen, loste dit probleem ook op. Uit de uitgevoerde tests bleek immers dat de levensduur van de geteste prototypes minstens drie keer toenam in vergelijking met vergelijkbare batterijen zonder speciale coating.
Tegelijkertijd behouden nieuwe batterijen na 60 laad-ontlaadcycli minstens 70% van hun oorspronkelijke capaciteit, wat ook als een uitstekend resultaat wordt beschouwd.
Wetenschappers hebben hoge verwachtingen van de toekomstige ontwikkeling en blijven werken aan het verbeteren van de prestaties van lithium-metaalbatterijen.
Als je het materiaal leuk vond, steek dan je duimen omhoog en abonneer je! Dank u voor uw aandacht!