Onderzoekers hebben lithium-metaalbatterijen lang beschouwd als de "heilige graal" voor energieopslag. Ze hebben een hoge energiedichtheid:hoeveel energie een batterij vervoert in verhouding tot zijn gewicht. Hierdoor kunnen ze kleiner en lichter gemaakt worden, terwijl dezelfde hoeveelheid energie wordt opgeslagen als grotere, zwaardere batterijen gemaakt van andere materialen, of ze kunnen meer energie vervoeren in een batterij van hetzelfde formaat.

Door meer energie in een batterij van hetzelfde formaat te stoppen, kan een elektrisch voertuig met lithium-metaalbatterijen verder rijden op één lading. In feite, batterijen met een lithium-metaalanode hebben het potentieel om de energiedichtheid van de huidige batterijen voor elektrische voertuigen meer dan te verdubbelen. Maar, onder andere prestatieverbeteringen, ze moeten eerst veiliger in het gebruik worden gemaakt.

Een onderzoeksteam van het Pacific Northwest National Laboratory heeft de veiligheids- en prestatie-uitdagingen van lithium-metaalbatterijen aangepakt door middel van de ontwikkeling van een nieuwe elektrolyt. De elektrolyt in een batterij is de chemische oplossing die de elektrische stroom tussen de anode en kathode mogelijk maakt. De nieuwe elektrolyt wordt beschreven in het artikel "High-Efficiency Lithium Metal Batteries with Fire-Retardant Electrolytes, " gepubliceerd in Joule .

De "oplossing" vinden om brand te voorkomen

De belangrijkste veiligheidsuitdaging bij lithium-metaalbatterijen zijn pieken of strengen, dendrieten genoemd, van lithium die op de anode van de batterij groeien. Dendrieten kunnen de batterij leegmaken, de interne circuits kortsluiten, en invloed hebben op de oplaadmogelijkheden van de batterij. In sommige gevallen, dendrieten zijn spontaan ontbrand en in brand gevlogen.

Om deze veiligheids- en prestatie-uitdagingen te verminderen of te elimineren, het team verving componenten in een elektrolyt met een gelokaliseerd hooggeconcentreerd zout (lithiumbis(fluorsulfonyl)imide) door een vlamvertragend inert of chemisch inactief materiaal, triethylfosfaat/bis(2, 2, 2-trifluorethyl)ether.

De gecombineerde oplossing vormt hooggeconcentreerde zoutclusters die de anode bedekken met een laag lithiumafzettingen, het elimineren van dendrietvorming en het doven van de veiligheidsproblemen.

een zoute, maar stabiel, uitvoering

De coating doet geen afbreuk aan de prestaties van de lithiummetaalanode, die een hoog rendement heeft (99,2 procent).

"De veilige en stabiele hoge prestaties van deze batterij laten zien dat we een stap dichter zijn bij het gebruik van lithium-metaalbatterijen in praktische toepassingen voor elektrische voertuigen, " zei Ji-Guang (Jason) Zhang, een batterij-expert en Laboratory Fellow bij PNNL. "Deze bevindingen kunnen ook helpen bij de ontwikkeling van soortgelijke, goedkopere elektrolyten om de prestaties en veiligheid van andere batterijtypes te verbeteren."