Het proces dat vergulde sieraden of chromen auto-accenten maakt, maakt nu krachtige lithium-ionbatterijen.

Onderzoekers van de Universiteit van Illinois, Xerion Advanced Battery Corporation en Nanjing University in China hebben een methode ontwikkeld voor het galvaniseren van lithium-ionbatterijkathoden, het opleveren van hoogwaardige, hoogwaardige batterijmaterialen die ook de deur zouden kunnen openen voor flexibele en solid-state batterijen.

"Dit is een geheel nieuwe benadering voor het vervaardigen van batterijkathoden, wat resulteerde in batterijen met voorheen onbereikbare vormen en functionaliteiten, " zei Paul V. Braun, een professor in materiaalkunde en techniek en directeur van het Frederick Seitz Materials Research Lab in Illinois. Hij leidde de onderzoeksgroep die zijn bevindingen in het tijdschrift publiceerde wetenschappelijke vooruitgang .

Traditionele lithium-ionbatterijkathoden gebruiken lithiumbevattende poeders die bij hoge temperaturen worden gevormd. Het poeder wordt gemengd met lijmachtige bindmiddelen en andere additieven tot een slurry, die op een dun vel aluminiumfolie wordt uitgespreid en gedroogd. De drijfmestlaag moet dun zijn, dus de batterijen zijn beperkt in hoeveel energie ze kunnen opslaan. De lijm beperkt ook de prestaties.

"De lijm is niet actief. Het draagt ​​​​niets bij aan de batterij, en het staat de stroom in de batterij in de weg, " zei co-auteur Hailong Ning, de directeur van onderzoek en ontwikkeling bij Xerion Advanced Battery Corporation in Champaign, een startend bedrijf mede opgericht door Braun. "Je hebt al dit inactieve materiaal dat ruimte inneemt in de batterij, terwijl de hele wereld probeert meer energie en vermogen uit de batterij te halen."

De onderzoekers omzeilden het poeder- en lijmproces helemaal door de lithiummaterialen rechtstreeks op de aluminiumfolie te galvaniseren.

Omdat de gegalvaniseerde kathode geen lijm heeft die ruimte inneemt, het bevat 30 procent meer energie dan een conventionele kathode, volgens het papier. Het kan ook sneller laden en ontladen, aangezien de stroom er direct doorheen kan gaan en niet rond de inactieve lijm of door de poreuze structuur van de slurry hoeft te navigeren. Het heeft ook het voordeel dat het stabieler is.

Aanvullend, het galvanisatieproces creëert pure kathodematerialen, zelfs van onzuivere uitgangsingrediënten. Dit betekent dat fabrikanten materialen kunnen gebruiken die lager zijn in kosten en kwaliteit en het eindproduct zal nog steeds hoge prestaties leveren, het elimineren van de noodzaak om te beginnen met dure materialen die al op batterijniveau zijn gebracht, zei Braun.

"Deze methode opent de deur naar flexibele en driedimensionale batterijkathoden, aangezien galvaniseren het onderdompelen van het substraat in een vloeistofbad inhoudt om het te coaten, " zei co-auteur Huigang Zhang, een voormalig senior wetenschapper bij Xerion die nu professor is aan de Nanjing University.

De onderzoekers demonstreerden de techniek op koolstofschuim, een lichtgewicht, goedkoop materiaal, het maken van kathoden die veel dikker waren dan conventionele slurries. Ze demonstreerden het ook op folies en oppervlakken met verschillende texturen, vormen en flexibiliteit.

"Deze ontwerpen zijn onmogelijk te realiseren met conventionele processen, "Zei Braun. "Maar wat echt belangrijk is, is dat het een hoogwaardig materiaal is en dat het bijna solide is. Door een vaste elektrode te gebruiken in plaats van een poreuze, je kunt meer energie opslaan in een bepaald volume. Aan het einde van de dag, mensen willen dat batterijen veel energie kunnen opslaan."