Nieuwe technologische ontwikkelingen door UNIST-onderzoekers beloven de prestaties van lithium-metaalbatterijen aanzienlijk te verbeteren in veelbelovend onderzoek voor de volgende generatie oplaadbare batterijen. De studie valideert ook het principe van verbeterde batterijprestaties via de realtime in-situ observatie van laad-ontlaadcycli.

Deze doorbraak is geleid door professor Hyun-Wook Lee in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST in samenwerking met het Agency for Science, Technologie en Onderzoek (A*Star) in Singapore.

Lithium-metaalbatterijen zijn een type oplaadbare batterij met lithium als anode. Onder een aantal verschillende kathodematerialen, lithiummetaal heeft de laagste aandrijfspanning en heeft ongeveer 10 keer meer capaciteit dan conventionele grafietanodes. Daarom, het heeft veel aandacht gekregen als een potentieel anodemateriaal van de volgende generatie voor elektrische voertuigen en grootschalige energieopslagsystemen.

Hoewel lithiummetaalanoden een ideale kandidaat zijn voor batterijen met een hoge energiedichtheid, hun gebruik als anoden in commerciële cellen vereist meer ontwikkeling. Bijvoorbeeld, lithiummetaal heeft de neiging uit te groeien tot dendritische structuren tijdens de continue laad-/ontlaadprocessen van een batterij, wat kan resulteren in slechte prestaties. Dit komt omdat deze dendritische structuur op de oppervlaktelaag van lithiummetaal interne kortsluitingen veroorzaakt door door de batterijscheider te prikken.

In de studie, het onderzoeksteam onderdrukte dendritische groei door de lithiumfolie te coaten met een lithiumsilicide (Li _x Si) laag. De resultaten toonden uitstekende elektrochemische prestaties in termen van snelheidsvermogen en cyclusstabiliteit.

In situ optische microscopische observatie werd ook uitgevoerd om de elektrochemische afzetting van lithium op de Li . te volgen _x Si-gemodificeerde lithiumelektroden en de kale lithiumelektrode. Er werd waargenomen dat een veel uniformere oplossing/afzetting van lithium op de Li _x Si-gemodificeerde lithiumanode kan worden bereikt in vergelijking met de kale lithiumelektrode.

"Onze studie biedt directe observatie van elektrochemisch gedrag, volume-uitbreiding, evenals de lithiumdendrietgroei van lithiummetaalanoden, ", zegt professor Lee. "Het toepassen van dit in echte batterijen zal ook bijdragen aan de commercialisering van lithium-metaalbatterijen."

Dit onderzoek is gepubliceerd in Geavanceerde materialen .