Mit dem Aufkommen neuer Technologien können Lithiumbatterien leistungsfähiger werden

LydenArcher, Professor für Chemieingenieurwesen an der Cornell University, glaubt, dass eine "Revolution" der Batterie notwendig ist - und glaubt, dass sein Labor eine der ersten Aufnahmen eröffnet hat.

"Was wir jetzt haben [Lithium-Ionen-Batterietechnologie], ist tatsächlich an der Grenze seiner Möglichkeiten", sagte Archer. "lithium-ionen-batterien sind die Hauptantriebskraft für die Entwicklung neuer elektronischer Technologien. Mehr als 90 ihrer theoretischen Speicherkapazitäten sind in Betrieb. Kleine technische Anpassungen können zu besseren Batterien und mehr Speicherplatz führen, aber dies ist nicht lange -term Lösung. ".

"Sie brauchen eine radikale Änderung der Meinung", sagte er. "Es bedeutet, dass Sie von vorne beginnen müssen."

Snehashis "Sne" Chowdhury '18 schlug Archers "elegante" Lösung für ein Grundproblem mit wiederaufladbaren Batterien unter Verwendung von hochenergetischen Lithiumanoden vor: Durch Dendriten (aus Anoden gewachsene Lithiumspitzen) verursacht wird manchmal katastrophale Instabilität, Ionen passieren den Elektrolyten zurück und während des Lade- und Entladezyklus.

Wenn der Dendrit den Separator durchbricht und die Kathode erreicht, treten Kurzschluss und Feuer auf. Es wurde gezeigt, dass Festelektrolyte das dendritische Wachstum mechanisch hemmen, jedoch auf Kosten eines schnellen Ionentransports. Chowdhury-Lösung: Begrenzen Sie das Wachstum von Dendriten durch die Struktur des Elektrolyten selbst, die chemisch gesteuert werden kann.

Unter Verwendung des von der Archie Group im Jahr 2015 eingeführten Reaktionsprogramms verwendeten sie "vernetzte Haarnanopartikel" - ein Siliziumdioxid-Nanopartikel und ein Transplantat aus funktionellem Polymer (Polypropylenoxid) -, um poröse Elektrolyte zu erzeugen. Eine effektive Verlängerung des für Ionen erforderlichen Weges von der Anode zur Kathode und zur Rückkehr verlängerte die Lebensdauer der Anode erheblich.

Ihre Arbeit "Begrenzung der galvanischen Abscheidung von Metallen in strukturierten Elektrolyten" wurde in Proceedingsoft National AcetyofScience veröffentlicht. Chowdhury und Dylan Vu sind Neulinge in der Chemieingenieurwesen und die ersten Autoren der Zusammenarbeit.

Chowdhury, der zur Postdoktorandenforschung nach Stanford ging, entwickelte auch eine Methode, um den internen Betrieb seiner experimentellen Batterie direkt zu beobachten. Das Gremium bestätigte die theoretischen Vorhersagen des dendritischen Wachstums durch die Ausrüstung von Chowdhury.

"Ich denke, das ist es, was ich tun möchte", sagte Archer, der seit 2000 bei Cornell arbeitet, mit einem Lächeln, denke ich, das Leben von drei Doktoranden. "Was Sne tun kann, ist eine Einheit zu entwerfen, mit der wir sehr elegant beobachten können, was mit der Lithium-Metall-Grenzfläche passiert, wodurch wir jetzt theoretische Vorhersagen übertreffen können."

Eine weitere Neuheit der Arbeit, sagte Archer, sei "der Sturz des Klassikers in der Batteriewissenschaft". Es wurde lange angenommen, dass die Membran im Inneren der Batterie stärker sein muss als das Metall, das sie zu unterdrücken versucht, um das dendritische Wachstum zu hemmen, aber die poröse Polymermembran von Chowdhury - mit einer durchschnittlichen Apertur von weniger als 500 Nanometern - stagniert Wachstum.

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