Lynden Archer, hoogleraar chemische technologie aan de Cornell University, gelooft dat er een revolutie in batterijtechnologie moet komen - en denkt dat zijn laboratorium een ​​van de eerste schoten heeft gelost.

"Wat we nu [in lithium-ionbatterijtechnologie] hebben, is eigenlijk aan de grenzen van zijn mogelijkheden, "zei Archer. "De lithium-ionbatterij, dat het werkpaard is geworden in het aandrijven van nieuwe elektronische technologieën, werkt op meer dan 90 procent van zijn theoretische opslagcapaciteit. Kleine technische aanpassingen kunnen leiden tot betere batterijen met meer opslagruimte, maar dit is geen oplossing voor de lange termijn."

"Je hebt een soort radicale mentaliteitsverandering nodig, " hij zei, "en dat betekent dat je bijna bij het begin moet beginnen."

Snehashi's "Sne" Choudhury, doctoraat '18, is gekomen met wat Archer een "elegante" oplossing noemt voor een fundamenteel probleem met oplaadbare batterijen die energierijke metallische lithiumanoden gebruiken:soms catastrofale instabiliteit als gevolg van dendrieten, dit zijn uitsteeksels van lithium die uit de anode groeien terwijl ionen heen en weer reizen door de elektrolyt tijdens laad- en ontlaadcycli.

Als de dendriet door de separator breekt en de kathode bereikt, kortsluiting en brand kunnen ontstaan. Het is aangetoond dat vaste elektrolyten de dendrietgroei mechanisch onderdrukken, maar ten koste van snel ionentransport. Choudhury's oplossing:beperk dendrietgroei door de structuur van de elektrolyt zelf, die chemisch kan worden gecontroleerd.

Met behulp van een reactieprocedure introduceerde de Archer-groep in 2015 ze gebruiken "verknoopte harige nanodeeltjes - een ent van silica-nanodeeltjes en een gefunctionaliseerd polymeer (polypropyleenoxide) - om een ​​poreuze elektrolyt te creëren die de route die ionen moeten afleggen om van de anode naar de kathode en terug te reizen, effectief verlengt, waardoor de levensduur van de anode aanzienlijk wordt verlengd.

hun papier, "Beperking van elektrodepositie van metalen in gestructureerde elektrolyten, " werd gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences . Choudhury en Dylan Vu - een opkomende junior met als hoofdvak chemische technologie - zijn co-eerste auteurs.

Choudhury, die naar Stanford University gaat voor zijn postdoctoraal werk, bedachten ook een methode voor directe visualisatie van de innerlijke werking van hun experimentele batterij. De groep bevestigde theoretische voorspellingen over dendrietgroei met het apparaat van Choudhury.

"Dit is iets waarvoor ik wilde doen, Denk ik, drie Ph.D. het leven van studenten, " zei Archer, die sinds 2000 bij Cornell werkt, met een lach. "Wat Sne kon doen, was een cel ontwerpen waarmee we, heel elegant, visualiseren wat er gebeurt op het lithium-metaal grensvlak, waardoor we nu de mogelijkheid hebben om verder te gaan dan theoretische voorspellingen."

Nog een nieuwigheid van dit werk, Boogschutter zei, is "iets van een canon omverwerpen" in de batterijwetenschap. Het is al lang van mening dat, om dendrietgroei te onderdrukken, de separator in de batterij moet sterker zijn dan het metaal dat het probeert te onderdrukken, maar Choudhury's poreuze polymeerscheider - met gemiddelde poriegroottes van minder dan 500 nanometer - bleek de groei te stoppen.