(Phys.org) — Er is aangetoond dat een nieuw elektrodeontwerp voor lithium-ionbatterijen de oplaadtijd van uren tot minuten kan verminderen door de conventionele grafietelektrode te vervangen door een netwerk van tinoxide-nanodeeltjes.

Batterijen hebben twee elektroden, een anode en een kathode genoemd. De anodes in de meeste lithium-ionbatterijen van tegenwoordig zijn gemaakt van grafiet.

De theoretische maximale opslagcapaciteit van grafiet is zeer beperkt, bij 372 milliampère uur per gram, aanzienlijke vooruitgang in batterijtechnologie belemmeren, zei Vilas Pol, een universitair hoofddocent chemische technologie aan de Purdue University.

De onderzoekers hebben experimenten uitgevoerd met een "poreuze onderling verbonden" anode op basis van tinoxide, die bijna twee keer de theoretische laadcapaciteit van grafiet heeft. De onderzoekers toonden aan dat de experimentele anode in 30 minuten kan worden opgeladen en toch een capaciteit heeft van 430 milliampère-uur per gram (mAh g−1), die groter is dan de theoretische maximale capaciteit voor grafiet bij langzaam opladen gedurende 10 uur.

De anode bestaat uit een "geordend netwerk" van onderling verbonden tinoxide-nanodeeltjes die praktisch zouden zijn voor commerciële productie omdat ze worden gesynthetiseerd door de tinalkoxide-precursor toe te voegen aan kokend water, gevolgd door warmtebehandeling, zei Pol.

"We gebruiken hier geen geavanceerde chemie, " zei Pol. "Dit is heel eenvoudig snel 'koken' van een metaal-organische voorloper in kokend water. De voorloperverbinding is een vast tinalkoxide - een materiaal dat analoog is aan kostenefficiënte en algemeen beschikbare titaniumalkoxiden. Het zal zeker volledig betaalbaar worden in het perspectief van grootschalige toepassing, genoemd door medewerkers Vadim G. Kessler en Gulaim A. Seisenbaeva van de Swedish University of Agricultural Sciences."

De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een paper dat in november in het tijdschrift is gepubliceerd Geavanceerde energiematerialen .

Wanneer tinoxide-nanodeeltjes worden verwarmd tot 400 graden Celsius, "assembleren" ze zichzelf tot een netwerk met poriën waardoor het materiaal kan uitzetten en krimpen, of ademen, tijdens de laad-ontlaadcyclus van de batterij.

"Deze ruimtes zijn erg belangrijk voor deze architectuur, " zei Purdue, postdoctoraal onderzoeksmedewerker Vinodkumar Etacheri. "Zonder de juiste poriegrootte, en onderlinge verbindingen tussen individuele tinoxide nanodeeltjes, de batterij doet het niet."

Het onderzoekspaper is geschreven door Eacheri; Zweedse Universiteit voor Landbouwwetenschappen onderzoekers Gulaim A. Seisenbaeva, Geoffrey Daniel en Vadim G. Kessler; James Caruthers, Purdue's Gerald en Sarah Skidmore hoogleraar chemische technologie; Jean-Marie Nedelec, een onderzoeker van de Clermont Université in Frankrijk; en Pol.