Wetenschappers van het Amerikaanse legeronderzoekslaboratorium en het Georgia Institute of Technology zijn gericht op de ontwikkeling van batterijen die de veiligheid en energiedichtheid verbeteren van de batterijen die momenteel op het slagveld worden aangetroffen.

Het gezamenlijke modellerings- en experimenteel werk rapporteert over de vooruitgang in de richting van de ontdekking van nieuwe vastestofelektrolyten die het mogelijk zouden maken om deze verbeteringen aan te brengen, en staat op de cover van de prestigieuze Geavanceerde energiematerialen logboek.

Nieuwe elektrolyten voor batterijen zijn nodig om de ontwikkeling van lichtere en veiligere energieopslagapparaten te vergemakkelijken om de soldaat te ontlasten en de logistieke vereisten te verminderen.

Verbeterde onbrandbare, niet giftig, goedkope en lichtgewicht vaste elektrolyten hebben een groot potentieel om het gebruik van lithiummetaaltechnologie mogelijk te maken, wat resulteert in een hogere energiedichtheid en lichtere batterijen.

In dit artikel, Dr. Oleg Borodin, Professor Gleb Yushin en collega's onderzochten de lithiumhydroxylchloride en gedeprotoneerde lithiumhydroxychloriden om de invloed van het proton van de hydroxylgroep op de Li-iongeleidbaarheid in dit soort verbindingen te onthullen.

Born-Oppenheimer moleculaire dynamica-simulaties tonen een uitstekende overeenkomst met experimentele resultaten en onthullen een onverwacht lithiumtransportmechanisme, die gepaard gaat met rotatie van de hydroxylgroep.

Draaideuren in gebouwen kunnen dienen als eenvoudige mechanische analogieën voor Li+-beweging.

Borodine, onderzoekswetenschapper in de afdeling elektrochemie van ARL, leidde het modelleringsgedeelte van het werk, terwijl het experimentele werk werd gedaan onder leiding van Yushin van het Georgia Institute of Technology.

"Solid-state elektrolyten hebben het potentieel om tegelijkertijd de energiedichtheid van de batterij te verhogen, wat resulteert in lichtere batterijen, terwijl de veiligheid wordt verbeterd en de kosten worden verlaagd, ' zei Borodin.

Volgens het Modern War Institute, de twee belangrijkste boosdoeners op het huidige slagveld zijn batterijen en kogelvrije vesten. Bijna alles wat een soldaat bij zich draagt, heeft batterijen nodig, die bijna 20 pond aan hun lading kunnen toevoegen - een probleem waarmee soldaten alleen in de afgelopen generatie te kampen hebben gehad.

"De ontwikkeling van veiligere en lichtere batterijen zou ook enorm ten goede komen aan de stille wachtmogelijkheden van gepantserde voertuigen en het verlengen van de missietijd van kleinere onbemande luchtvaartuigen die een verschil zouden kunnen maken tussen terugkeren naar de basis of niet, ' zei Borodin.

Een cruciaal aspect van dit onderzoek is het samenwerkingsaspect, waarvan Borodin zegt dat het de inspanning zo veelbelovend maakt.

"Samenwerking met toonaangevende groepen, zoals de groep van professor Yushin van Georgia Tech, is van cruciaal belang om voorop te blijven lopen in de snel veranderende technologie, "Zei Borodin. "De vooruitgang van onderzoek en ontwikkeling wordt enorm versneld door het combineren van ideeën en het uitbreiden van ARL-mogelijkheden en expertise met zowel fundamenteel begrip van onderliggende elektrochemische processen die worden bereikt door middel van modellering en simulaties en state-of-the-art synthese- en karakteriseringsmogelijkheden."

Dit werk ondersteunt de Army Modernization Priority of Soldier Lethality door soldaten met een hogere energiedichtheid te voorzien van batterijen om hun missieduur te verlengen, de belasting verminderen, en de veiligheid verhogen ten opzichte van de huidige batterijtechnologieën.

Er wordt momenteel gewerkt aan een verdere verbetering van de geleidbaarheid van elektrolyten in vaste toestand en de eigenschappen van de elektrolyt aan de grensvlakken om toekomstige commercialisering van deze klasse elektrolyten mogelijk te maken.

Volgens Borodin, buiten het Ministerie van Defensie, vaste elektrolyten worden actief onderzocht vanwege hun potentieel om de momenteel gebruikte vloeibare elektrolyten in grootformaatbatterijen voor elektrische voertuigen te vervangen, het leveren van de broodnodige verbetering van de veiligheid en het vergroten van het rijbereik naast een breed scala aan toepassingen, van back-upstroom en draagbare elektronica.