Batterijen die elektrische auto's van stroom voorzien, hebben problemen. Ze doen er lang over om op te laden. De lading houdt niet lang genoeg vast om lange afstanden te rijden. Ze laten bestuurders niet toe om snel te accelereren. Ze zijn groot en omvangrijk.

Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Riverside's Bourns College of Engineering heeft de componenten van de batterij op een milieuvriendelijke manier opnieuw ontworpen om een ​​aantal van deze problemen op te lossen. Door nanodeeltjes met een gecontroleerde vorm te creëren, ze geloven kleiner, er kunnen krachtigere en energiezuinigere batterijen worden gebouwd.

“Dit is een kritische, fundamentele stap in het verbeteren van de efficiëntie van deze batterijen, " zei David Kisailus, een universitair hoofddocent chemische en milieutechniek en hoofdonderzoeker van het project.

Naast elektrische auto's, de opnieuw ontworpen batterijen kunnen worden gebruikt voor gemeentelijke energieopslag, inclusief energie opgewekt door zon en wind.

De eerste bevindingen worden geschetst in een zojuist gepubliceerd artikel genaamd "Solvothermal Synthesis, Ontwikkeling en prestaties van LiFePO4-nanostructuren" in het tijdschrift Kristalgroei en ontwerp .

Kisailus, die ook de Winston Chung bijzonder hoogleraar energie-innovatie is, en Jianxin Zhu, een doctoraat student die met Kisailus werkt, waren de hoofdauteurs van het artikel. Andere auteurs waren:Joseph Fiore, Dongsheng Li, Nichola Kinsinger en Qianqian Wang, die allemaal voorheen met Kisailus werkten; Elaine DiMasi, van Brookhaven National Laboratory; en Juchen Guo, een assistent-professor chemische en milieutechniek aan UC Riverside.

De onderzoekers in het Biomimetics and Nanostructured Materials Lab van Kisailus wilden de efficiëntie van lithium-ionbatterijen verbeteren door zich te richten op een van de materiële componenten van de batterij, de kathode.

Lithiumijzerfosfaat (LiFePO4), één type kathode, is gebruikt in elektrische voertuigen vanwege de lage kosten, lage toxiciteit en thermische en chemische stabiliteit. Echter, zijn commerciële potentieel is beperkt omdat het een slechte elektronische geleidbaarheid heeft en lithiumionen daarin niet erg mobiel zijn.

Er zijn verschillende synthetische methoden gebruikt om deze tekortkomingen te verhelpen door de deeltjesgroei te beheersen. Hier, Kisailus en zijn team gebruikten een solvothermische synthetische methode, in wezen reactanten in een container plaatsen en ze onder druk opwarmen, als een snelkookpan.

Kisailus, Zhu en hun team gebruikten een mengsel van oplosmiddelen om de grootte te regelen, vorm en kristalliniteit van de deeltjes en vervolgens nauwkeurig gevolgd hoe het lithiumijzerfosfaat werd gevormd. Door dit te doen, ze waren in staat om de relatie te bepalen tussen de nanostructuren die ze vormden en hun prestaties in batterijen.

Door de grootte van nanokristallen te regelen, die waren meestal 5, 000 keer kleiner dan de dikte van een mensenhaar, binnen vormgecontroleerde deeltjes van LiFePO4, Het team van Kisailus heeft aangetoond dat batterijen met meer vermogen op aanvraag kunnen worden opgewekt.

Deze deeltjes met gemoduleerde grootte en vorm bieden een hogere fractie invoegpunten en verminderde padlengtes voor Li-ion transport, dus het verbeteren van de batterij tarieven. Kisailus en zijn team zijn momenteel bezig met het verfijnen van dit proces om niet alleen de prestaties verder te verbeteren en de kosten te verlagen, maar ook schaalbaarheid implementeren.