Lithium-ionbatterijen voeden een breed scala aan moderne apparaten, van mobiele telefoons, laptops, en laserpointers naar thermometers, gehoorapparaten, en pacemakers. De elektroden in deze batterijen bestaan ​​doorgaans uit drie componenten:actieve materialen, geleidende additieven, en bindmiddelen.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van de Universiteit van Delaware heeft een "kleverig" geleidend materiaal ontdekt dat de noodzaak voor bindmiddelen kan elimineren.

"Het probleem met de huidige technologie is dat de bindmiddelen de elektrochemische prestatie van de batterij aantasten vanwege hun isolerende eigenschappen, " zegt Bingqing Wei, hoogleraar werktuigbouwkunde. "Verder, de organische oplosmiddelen die worden gebruikt om de bindmiddelen en geleidende materialen samen te mengen, dragen niet alleen bij aan de kosten van het eindproduct, maar zijn ook giftig voor de mens."

Koolstof nanobuisjes te hulp

Wei en promovendus Zeyuan Cao hebben onlangs ontdekt dat gefragmenteerde koolstofnanobuisjesmacrofilms (FCNT) kunnen dienen als adhesieve geleiders, het combineren van twee functies in één materiaal. Hun werk wordt gerapporteerd in ACS Nano , een speciale publicatie van de American Chemical Society, en ze hebben een patentaanvraag ingediend op de ontdekking.

Wei legt uit dat FCNT's webachtige mazen zijn met "tentakels" die zijn gekoppeld aan actieve kathode- en anodematerialen op lithiumbasis. Ze worden vervolgens geassembleerd met behulp van eenvoudige ultrasone verwerking. Bij het proces worden geen organische oplosmiddelen gebruikt.

"We hebben ontdekt dat de zelfklevende FCNT-geleiders eigenlijk een hogere hechtsterkte hebben dan PVDF, het bindmiddel dat traditioneel wordt gebruikt bij de productie van lithium-ionbatterijen, "zegt hij. "We hebben ook aangetoond dat deze composietelektroden een hogere elektrische geleidbaarheid hebben dan traditionele materialen, en we hebben deze voordelen bereikt in een goedkoop, groen fabricageproces dat giftige organische oplosmiddelen vervangt door alleen water en alcohol."

"Er is een brede markt voor lithium-ionbatterijen, " hij voegt toe, "en we zien een groot potentieel voor het gebruik van deze technologie in voertuigtoepassingen, waar snel opladen en ontladen vereist zijn."

De benaderingsstrategie zou ook kunnen worden gebruikt voor de voorbereiding van elektroden voor andere energieopslagapparaten zoals elektrochemische condensatoren.