Lithium-metaalbatterijen zijn veelbelovend voor de volgende generatie energieopslag vanwege hun hoge energiedichtheid en uitzonderlijke elektrochemische eigenschappen, waardoor ze een potentiële game-changer kunnen zijn in het aandrijven van elektrische voertuigen, draagbare elektronica en opslag op rasterschaal. De wijdverbreide toepassing ervan wordt echter belemmerd door bezorgdheid over de veiligheid, met name het risico op interne kortsluiting en thermische overstroming, wat kan leiden tot brand en explosies.

Neem deel aan een nieuwe studie van het team van professor Gary Koenig van de Drexel Universiteit, die een innovatieve aanpak presenteert om deze veiligheidsrisico's te verminderen door gebruik te maken van een niet-ontvlambare etherische interfase gevormd uit een lithium-bis(trifluormethaansulfonyl)imide (LiTFSI) zoutoplossing.

De etherische interfase fungeert als een beschermende laag op het lithiummetaaloppervlak, waardoor de dendrietgroei effectief wordt onderdrukt en het grensvlak wordt gestabiliseerd. Deze opmerkelijke beschermende interfase wordt toegeschreven aan het unieke solvatatiegedrag van LiTFSI in etherische oplosmiddelen, dat de vorming mogelijk maakt van een vaste-elektrolyt-interfase die rijk is aan LiF- en TFSI⁻-soorten, cruciaal voor dendrietremming.

De prestaties van lithium-metaalbatterijen met de etherische interfase overtroffen die van traditionele op carbonaat gebaseerde elektrolyten op het gebied van veiligheid en elektrochemische prestaties. De batterijen vertoonden een stabiele werking gedurende meer dan 1000 uur bij een hoge stroomdichtheid van 5 mA cm⁻², wat de benchmark voor commerciële lithium-ionbatterijen ruimschoots overtrof.

Bovendien vertoonde de etherische interfase een uitzonderlijke brandwerendheid, waardoor thermische runaway effectief werd onderdrukt en batterijbranden werden voorkomen, zelfs onder extreme omstandigheden zoals spijkerpenetratietests. De niet-ontvlambare aard van de etherische elektrolyt draagt ​​verder bij aan een grotere veiligheid door het risico op ontbranding van de elektrolyt te elimineren.

Dit baanbrekende onderzoek maakt de weg vrij voor veiligere lithium-metaalbatterijen met uitzonderlijke elektrochemische prestaties en biedt een veelbelovende oplossing voor de toekomst van energieopslagtechnologie.