Door een vast elektrolyt te ontwerpen dat aan de ene kant stijf en aan de andere kant zacht is, onderzoekers hebben een lithium-metaalbatterij gefabriceerd die de vorming van dendrieten volledig onderdrukt - een groot veiligheidsrisico dat brand kan veroorzaken en de levensduur van de batterij kan verkorten. Dit ontwerp overwint ook een compromis dat typisch aanwezig is in deze batterijen, door gelijktijdig dendrietgroei te elimineren en de weerstand op het elektrode/elektrolyt-grensvlak te verminderen. Typische methoden kunnen niet beide doelen tegelijkertijd bereiken.

De onderzoekers, van prof. Yu-Guo Guo en Li-Jun Wan's groepen van de Chinese Academie van Wetenschappen en de Universiteit van de Chinese Academie van Wetenschappen, hebben een artikel over de nieuwe elektrolyt gepubliceerd in een recent nummer van de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"We hebben een asymmetrische vaste elektrolyt voorgesteld, die tegelijkertijd kan voldoen aan de vereisten van een dendrietvrije lithiumanode en een lage interfaceweerstand in vaste batterijen, " vertelde Guo Phys.org .

Zoals de onderzoekers uitleggen, de afweging in lithiumbatterijen vindt plaats omdat de lithiumanode en de kathode vereisten hebben die inherent tegenstrijdig zijn. Terwijl de anode een stijve elektrolyt nodig heeft om dendrietgroei te blokkeren, het is moeilijk voor een stijve elektrolyt om voldoende contact te houden met de vaste kathode, die een zeer resistieve kathode/elektrolyt-interface creëert.

Om dit probleem aan te pakken, ontwierpen de onderzoekers een asymmetrische vaste elektrolyt, waarbij elke zijde een ander type oppervlak heeft. De kant die naar de anode is gericht, is een stijf keramisch materiaal dat tegen de lithiumanode drukt om dendrietgroei te ontmoedigen. Anderzijds, de zijde die naar de kathode is gericht is gemaakt van een zacht polymeer, wat zorgt voor een sterke grensvlakverbinding met de kathode. De gehele elektrolyt is ook erg dun, op iets minder dan 36 micrometer.

Bij testen, de onderzoekers vergeleken batterijen met de nieuwe elektrolyt met die met een conventionele elektrolyt. Na 1750 uur fietsen, ze ontdekten dat de batterijen met de conventionele elektrolyt ruwe morfologieën vertoonden die wijzen op dendrietvorming, terwijl degenen met de nieuwe elektrolyt geen morfologische veranderingen vertoonden, zelfs niet na 3200 uur fietsen, wat aangeeft dat dendrietgroei effectief werd geëlimineerd.

Vooruit gaan, de onderzoekers verwachten dat de dendrietvrije lithiumbatterijen zullen leiden tot energieopslagsystemen die de hoge energie- en vermogensdichtheid van lithiumbatterijen combineren met verbeterde veiligheid en een langere levensduur door het elimineren van dendrietgroei.

"We zijn van plan om zakcellen te ontwerpen met deze asymmetrische vaste elektrolyt voor het bereiken van een hoge energiedichtheid in vaste batterijen, ' zei Guo.

© 2018 Fys.org