Op zoek naar een betrouwbare, snel opladen, koudweerbatterij voor auto's, een zelfmontage, dunne laag elektrochemisch actieve moleculen kan de oplossing zijn, volgens een team of onderzoekers.

"De lithium-metaalbatterij is de volgende generatie batterij na de lithium-ionbatterij, " zei Donghai Wang, hoogleraar werktuigbouwkunde en een sleutelonderzoeker in het Battery and Energy Storage Technology Center, Penn State. "Het gebruikt een lithiumanode en heeft een hogere energiedichtheid, maar heeft problemen met dendritische groei, lage efficiëntie en lage levensduur."

De oplossing voor deze problemen, volgens de onderzoekers is een zelfassemblerende monolaag die elektrochemisch actief is, zodat deze kan ontleden in de juiste componenten en het oppervlak van de lithiumanode kan beschermen.

De batterij is samengesteld uit de lithiumanode, een lithiummetaaloxide-kathode en een elektrolyt die ook lithium-ion geleidende materialen heeft en de beschermende, dunne filmlaag. Zonder deze laag de batterij zou de neiging hebben om lithiumkristalpieken te laten groeien als deze snel of onder koude omstandigheden wordt opgeladen. Deze lithiumpieken sluiten uiteindelijk de batterij uit, waardoor de bruikbaarheid en de levensduur aanzienlijk worden verminderd.

"De sleutel is om de moleculaire chemie af te stemmen om zichzelf op het oppervlak te assembleren, " zei Wang. "De monolaag zorgt voor een goede solide elektrolytinterface tijdens het opladen, en bescherm de lithiumanode."

De onderzoekers deponeren de monolaag op een dunne koperlaag. Wanneer de batterij wordt opgeladen, lithium raakt de monolaag en ontleedt om een ​​stabiele grenslaag te vormen. Wat lithium wordt samen met de resterende laag op het koper afgezet, en het afgebroken deel van de oorspronkelijke laag hervormt bovenop het lithium, het lithium beschermen en voorkomen dat dendrieten van lithium zich vormen.

Volgens de onderzoekers is deze technologie kan de hoeveelheid opslagcapaciteit van de batterij vergroten en kan het aantal keren dat de batterij kan worden opgeladen, vergroten. Echter, op dit punt, de batterij kan maar een paar honderd keer worden opgeladen. De onderzoekers rapporteerden hun werk in een recent nummer van Natuur Energie .

"De sleutel is dat deze technologie het vermogen toont om op tijd een laag te vormen en te ontleden en spontaan te hervormen, zodat het op het koper blijft en ook het oppervlak van het lithium bedekt, " zei Wang. "Uiteindelijk zou het kunnen worden gebruikt voor drones, auto's, of enkele zeer kleine batterijen die worden gebruikt voor onderwatertoepassingen bij lage temperaturen.