Dramatisch langer meegaand, sneller opladen en veiliger lithium-metaalbatterijen mogelijk zijn, volgens onderzoek van Penn State, onlangs gepubliceerd in Natuur Energie .

De onderzoekers ontwikkelden een driedimensionale, verknoopte polymeerspons die hecht aan de metalen beplating van een batterijanode.

"Dit project heeft tot doel de volgende generatie metaalbatterijen te ontwikkelen, " zei Donghai Wang, hoogleraar werktuigbouwkunde en hoofdonderzoeker van het project. "Lithiummetaal wordt al tientallen jaren in batterijen gebruikt, maar er zijn enkele fundamentele problemen die hun vooruitgang belemmeren."

Onder extra belasting, zoals in de snellaadmethoden die in elektrische voertuigen worden gewenst, lithium-ionbatterijen (Li) zijn kwetsbaar voor dendritische groei - naaldachtige formaties die de levensduur kunnen verkorten en mogelijk veiligheidsproblemen kunnen veroorzaken, waaronder branden of explosies.

"Onze benadering was om een ​​polymeer te gebruiken op het grensvlak van Li-metaal, " legde Wang uit. Het materiaal werkt als een poreuze spons die niet alleen de ionenoverdracht bevordert, maar remt ook verslechtering.

"Hierdoor was de metalen beplating vrij van dendrieten, zelfs bij lage temperaturen en snelladen, " hij zei.

Wang, die een aangesloten faculteitslid is bij de Penn State Institutes of Energy and the Environment, behoort ook tot het Battery Energy and Storage Technology Center, een toonaangevend onderzoeksinstituut op het gebied van energieopslag.

Een cruciaal onderdeel van zowel IEE als de missie van het BEST Center, dit project bracht onderzoekers uit verschillende disciplines binnen de universiteit samen.

"De samenwerking in dit cohort heeft dit document echt vooruit geholpen, Wang legde uit. "Het stelde ons in staat om de verschillende aspecten van dit probleem te onderzoeken, uit de materiaalkunde, chemische technologie, scheikunde, en werktuigbouwkundige perspectieven."

In dit gezamenlijke werk De groep van Long-Qing Chen in het Department of Materials Science and Engineering voerde modelleringswerk uit om de verbetering van Li-metaalanoden te begrijpen.

De praktische toepassingen van dit werk kunnen krachtigere en stabielere metaalbatterijtechnologieën mogelijk maken die integraal deel uitmaken van het dagelijks leven, volgens de onderzoekers.

"In een elektrisch voertuig het kan het bereik van een rit met honderden kilometers vergroten voordat deze moet worden opgeladen, "zei Wang. "Het zou smartphones ook een langere levensduur van de batterij kunnen geven."

Kijkend naar de toekomst, het team zal de praktische toepassingen in een grootformaat batterijcel onderzoeken om de voordelen en haalbaarheid ervan aan te tonen.

Wang zei, "We willen deze technologieën naar voren brengen. Met dit werk, Ik ben er zeker van dat we de levenscyclus van deze Li-metaalbatterijen kunnen verdubbelen."