Wetenschappers van de Harvard University hebben een veelbelovend nieuw ontwerp bedacht voor een experimentele batterij, waarvan zij zeggen dat deze zou kunnen leiden tot elektrische auto's die in slechts 10 minuten kunnen worden opgeladen. Er wordt ook beweerd dat de alternatieve architectuur een veel langere levensduur biedt dan vergelijkbare batterijen, door gebruik te maken van hoogwaardig lithiummetaal en een vaste elektrolyt die gedurende vele duizenden cycli stabiel blijft.

Wetenschappers hopen de prestaties van de huidige lithium-ionbatterijen te verbeteren door het grafiet en koper dat voor de anode wordt gebruikt, te vervangen door lithiummetaal. De anode werkt met een vloeibare elektrolyt en de andere elektrode van de batterij, de kathode, om ionen heen en weer te sturen terwijl het apparaat oplaadt en ontlaadt, en de uitstekende capaciteit en dichtheid van lithiummetaal maakt het een aantrekkelijk materiaal voor deze doeleinden.

“Een lithium-metaalbatterij wordt beschouwd als de heilige graal voor de batterijchemie vanwege zijn hoge capaciteit en energiedichtheid”, zegt Xin Li, universitair hoofddocent materiaalkunde aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science. “Maar de stabiliteit van deze batterijen is altijd slecht geweest.”

De redenen achter deze slechte stabiliteit zijn kleine naaldachtige uitsteeksels, dendrieten genaamd, die zich vormen op het oppervlak van de lithiummetaalanode, in de vloeibare elektrolyt terechtkomen en de prestaties van de batterij aantasten, waardoor deze vaak kortsluiting veroorzaakt of in brand vliegt.

Het gebruik van een vaste elektrolyt in plaats van een vloeibare elektrolyt met zijn vluchtige oplosmiddelen is een van de manieren waarop wetenschappers dit probleem hopen te voorkomen. We hebben veelbelovende potentiële oplossingen gezien van onderzoeksgroepen van MIT en Australië Deakin University de laatste tijd, en nu gooien de wetenschappers van Harvard een ontwerp dat lijkt op een BLT-sandwich in de mix.

Het team probeerde de solid-state lithium-metaalbatterij te beschermen tegen vernietiging door dendrieten door deze uit verschillende lagen te construeren, elk met een verschillende mate van stabiliteit. Deze zitten tussen de twee elektroden, die fungeren als brood, en omvatten een grafietcoating (sla), een eerste elektrolytlaag (tomaat), een tweede elektrolytlaag (spek) en ten slotte nog een laag van de eerste elektrolyt (weer tomaat). ).

Lisa Burrows/Harvard SEAS

Er zijn kleine variaties in de chemie van de twee elektrolyten, waardoor de eerste gevoelig is voor dendrietpenetratie maar stabieler is met lithium, en de tweede minder stabiel is met lithium maar immuun is voor dendrieten. Op deze manier voorkomt de batterij de dendrietvorming niet, maar kan deze wel veilig onder controle houden en indammen, waarbij de uitsteeksels worden geblokkeerd door de “bacon”-laag van de sandwich.

"Onze strategie om instabiliteit te integreren om de batterij te stabiliseren voelt contra-intuïtief, maar net zoals een anker een schroef kan geleiden en controleren die in een muur gaat, kan ons meerlaagse ontwerp ook de groei van dendrieten begeleiden en controleren", zegt Luhan Ye, co. -auteur van het artikel en afgestudeerde student bij SEAS.

Bovendien kan de batterij zichzelf genezen door de gaten die door de dendrieten zijn ontstaan, op te vullen. Tijdens tests ontdekte het team dat de batterij na 82 cycli 10,000 procent van zijn capaciteit behield en demonstreerde het soort stroomdichtheid waarmee elektrische voertuigen op een dag binnen 10 tot 20 minuten kunnen worden opgeladen.

“Dit proof-of-concept-ontwerp laat zien dat lithium-metaal-vastestofbatterijen concurrerend kunnen zijn met commerciële lithium-ionbatterijen”, zegt Li. “En de flexibiliteit en veelzijdigheid van ons meerlaagse ontwerp maakt het potentieel compatibel met massaproductieprocedures in de batterij-industrie. Het opschalen naar de commerciële batterij zal niet eenvoudig zijn en er zijn nog steeds enkele praktische uitdagingen, maar we denken dat deze overwonnen zullen worden.”

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift NATUUR.

Bron: Harvard University

Coinsmart. Beste Bitcoin-beurs in Europa
Bron: https://newatlas.com/energy/sandwich-style-battery-charge-evs-10-minutes/