Naarmate elektrische voertuigen steeds populairder worden, schijnen de schijnwerpers feller op enkele van hun resterende grote problemen. Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin pakken twee van de grotere uitdagingen aan waarmee elektrische voertuigen worden geconfronteerd:een beperkt bereik en langzaam opladen.

De onderzoekers fabriceerden een nieuw type elektrode voor lithium-ionbatterijen die meer vermogen en sneller opladen zouden kunnen ontketenen. Ze deden dit door dikkere elektroden te maken - de positief en negatief geladen delen van de batterij die stroom leveren aan een apparaat - met behulp van magneten om een ​​unieke uitlijning te creëren die veelvoorkomende problemen in verband met het dimensioneren van deze kritieke componenten omzeilt.

Het resultaat is een elektrode die met een enkele lading voor een elektrisch voertuig mogelijk twee keer het bereik zou kunnen vergroten, vergeleken met een batterij die een bestaande commerciële elektrode gebruikt.

"Tweedimensionale materialen worden algemeen beschouwd als een veelbelovende kandidaat voor toepassingen voor energieopslag met hoge snelheid, omdat het slechts enkele nanometers dik hoeft te zijn voor snel ladingstransport", zegt Guihua Yu, een professor aan de Walker Department of Mechanical Engineering en Texas van de UT Austin. Materialen Instituut. "Voor op dikke elektrodes gebaseerde, nieuwe generatie, energierijke batterijen kan het opnieuw stapelen van nanosheets als bouwstenen echter aanzienlijke knelpunten in het laadtransport veroorzaken, wat leidt tot problemen bij het bereiken van zowel hoge energie als snel opladen."

De sleutel tot de ontdekking, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences , gebruikt dunne tweedimensionale materialen als de bouwstenen van de elektrode, stapelt ze op om dikte te creëren en gebruikt vervolgens een magnetisch veld om hun oriëntaties te manipuleren. Het onderzoeksteam gebruikte tijdens het fabricageproces in de handel verkrijgbare magneten om de tweedimensionale materialen in een verticale uitlijning te rangschikken, waardoor ionen snel door de elektrode konden reizen.

Meestal dwingen dikkere elektroden de ionen om langere afstanden af ​​te leggen om door de batterij te bewegen, wat leidt tot een langzamere oplaadtijd. De typische horizontale uitlijning van de materiaallagen waaruit de elektrode bestaat, dwingt de ionen heen en weer te slingeren.

"Onze elektrode vertoont superieure elektrochemische prestaties, deels vanwege de hoge mechanische sterkte, hoge elektrische geleidbaarheid en vergemakkelijkt lithium-iontransport dankzij de unieke architectuur die we hebben ontworpen", zegt Zhengyu Ju, een afgestudeerde student in Yu's onderzoeksgroep die dit project leidt. .

Naast het vergelijken van hun elektrode met een commerciële elektrode, fabriceerden ze ook een horizontaal geplaatste elektrode met dezelfde materialen voor experimentele controledoeleinden. Ze waren in staat om de verticale dikke elektrode in 30 minuten op te laden tot 50% energieniveau, vergeleken met 2 uur en 30 minuten met de horizontale elektrode.

De onderzoekers benadrukten dat ze vroeg in hun werk op dit gebied zijn. In dit onderzoek keken ze naar slechts één type batterij-elektrode.

Hun doel is om hun methodologie van verticaal georganiseerde elektrodelagen te generaliseren om deze toe te passen op verschillende soorten elektroden met behulp van andere materialen. Dit zou ertoe kunnen bijdragen dat de techniek op grotere schaal in de industrie wordt toegepast, zodat toekomstige snelladende en toch energierijke batterijen voor elektrische voertuigen mogelijk worden. + Verder verkennen

Batterijonderzoek pakt nieuwe uitdagingen aan voor stationaire opslagsystemen achter de meter