Een flexibele lithium-ionbatterij, ontworpen door een team van onderzoekers van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory en gebouwd om onder extreme omstandigheden te werken, waaronder snijden, onderdompeling, en gesimuleerde ballistische impact - kan nu onbrandbaar toevoegen aan zijn cv.

De huidige Li-ionbatterijen zijn vatbaar voor catastrofale brand- en explosieincidenten - waarvan de meeste zonder enige waarneembare waarschuwing aankomen - omdat ze zijn gebouwd met ontvlambare en brandbare materialen. Samsung Galaxy Note7-telefoons werden vanwege dit gevaar verbannen uit luchtvaartmaatschappijen, en het verbod van de marine op e-sigaretten op schepen en onderzeeërs is een directe reactie op de noodzaak om de ontvlambaarheid van dergelijke apparaten te verminderen.

Nu deze batterijen opkomen als het favoriete voertuig voor energieopslag voor draagbare elektronica, elektrische voertuigen, en rasteropslag, deze verbeteringen op het gebied van veiligheid betekenen een belangrijke stap voorwaarts in de transformatie van de manier waarop Li-ion-batterijen worden vervaardigd en gebruikt in elektronische apparaten.

In onderzoek dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Chemische communicatie , het team, onder leiding van Konstantinos Gerasopoulos van de afdeling Onderzoek en Verkennende Ontwikkeling van APL, beschrijft zijn laatste ontdekking:een nieuwe klasse van "water-in-zout" en "water-in-bisalt" elektrolyten - aangeduid als WiS en WiBS, respectievelijk - dat, wanneer opgenomen in een polymeermatrix, vermindert de wateractiviteit en verhoogt het energievermogen en de levenscyclus van de batterij terwijl het ontvlambare, giftig, en zeer reactieve oplosmiddelen die aanwezig zijn in de huidige Li-ion-batterijen. Het is een veilige, krachtig alternatief, zeggen de onderzoekers.

"Li-ionbatterijen zijn al een constante aanwezigheid in ons dagelijks leven, van onze telefoons tot onze auto's, en het blijven verbeteren van hun veiligheid is van het grootste belang voor de verdere vooruitgang van de technologie voor energieopslag, " zei Gerasopoulos, senior onderzoeker en hoofdonderzoeker bij APL. "De vormfactoren van Li-ionbatterijen zijn niet veel veranderd sinds hun commercialisering in het begin van de jaren negentig; we gebruiken nog steeds dezelfde cilindrische of prismatische celtypes. De vloeibare elektrolyt en de vereiste hermetische verpakking hebben daar veel mee te maken.

"De inspanningen van ons team waren over het algemeen gericht op het vervangen van de ontvlambare vloeistof door een polymeer dat de veiligheid en vormfactor verbetert. We zijn enthousiast over waar we nu staan. Ons recente artikel toont verbeterde bruikbaarheid en prestaties van op water gebaseerde flexibele polymeer Li-ion-batterijen die in open lucht kan worden gebouwd en geëxploiteerd."

Aanvullend, de schadetolerantie die aanvankelijk werd aangetoond met de flexibele batterij van het team in 2017, is verder verbeterd in deze nieuwe benadering van het maken van Li-ion-batterijen.

"De eerste generatie flexibele batterijen waren niet zo vormvast als de batterijen die we vandaag maken, ' zei Gerasopoulos.

Met deze laatste benchmark bereikt, de onderzoekers blijven werken aan verdere vooruitgang van deze technologie.

"Ons team verbetert continu de veiligheid en prestaties van flexibele Li-ion-batterijen, " zei Jeff Maranchi, de programmagebiedmanager materiaalkunde bij APL. "We hebben al verdere ontdekkingen gedaan die voortbouwen op dit meest recent gerapporteerde werk waar we erg enthousiast over zijn. We hopen dit nieuwe onderzoek binnen het jaar over te zetten naar prototyping."