De accu's van vandaag kunnen niet alle energie van een windpark op een stormachtige nacht opnemen en vasthouden tot het de volgende dag nodig is. Een veelbelovende optie is om een ​​batterij met een hogere capaciteit te maken door de negatieve elektrode in conventionele batterijen te vervangen door een batterij van lithiummetaal. Het probleem? Dendrieten-afzettingen die zich tijdens het laadproces op elektrode-oppervlakken vormen, veroorzaken kortsluiting in de batterijen, leiden tot ernstige veiligheidsrisico's. Onlangs, wetenschappers ontdekten hoe dendrietvorming te voorkomen. Voor de eerste keer, een team met experts van het Pacific Northwest National Laboratory van DOE heeft beschermende films rond de anoden gekweekt die de vorming van dendrieten verhinderden.

Het transformeren van de energie-economie van ons land betekent het vinden van betere manieren om energie op te slaan. De bevindingen uit dit onderzoek, gedaan via DOE's Joint Centre for Energy Storage Research (JCESR), zou wetenschappers kunnen helpen bij het ontwerpen van een veilige en stabiele metallische lithiumanode en uiteindelijk de weg vrijmaken voor het praktische gebruik van batterijsystemen met hoge energiedichtheid voor elektrische voertuigen en de opslag van hernieuwbare energie.

Onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory, plus Harbin Instituut voor Technologie, Wuhan-universiteit, Tianjin Instituut voor Krachtbronnen, en het US Army Research Laboratory evalueerde de effectiviteit van een elektrolytadditief genaamd cesiumhexafluorfosfaat (CsPF6) om de prestaties van de batterij te verbeteren en de negatieve elektrode of anode te beschermen.

De onderzoekers gebruikten scanning-elektronenmicroscopie met hoge resolutie en energiedispersieve röntgenanalyse om de microstructuur en elementaire samenstelling te bestuderen, en röntgenfoto-elektronenspectroscopie met hoge resolutie voor meer gedetailleerde chemische karakterisering. Beide instrumenten staan ​​bij EMSL, een DOE nationale wetenschappelijke gebruikersfaciliteit.

Het CsPF6-additief bevorderde dendrietvrije groei van films gemaakt van dicht opeengepakte lithium-nanostaafjes, die lijken op een handvol droge spaghettinoedels. Het elektrolytadditief bevorderde ook de vorming van een lithiumrijke vaste elektrolytinterfacelaag. Deze complexe laag vormt zich snel uit de afbraakproducten in het elektrolyt van de batterij, de stof in batterijen die fungeert als medium om lithiumionen tussen elektroden te geleiden. Het gecombineerde effect van het Cs+-additief en de SEI-laag droeg ertoe bij dat de lithiumionen soepel op het oppervlak werden afgezet, vrij van dendrieten, tijdens het opladen. Bovendien, de lithiumfilms bleven na herhaald opladen en gebruik vrij van dendrieten, of afzettings-/stripcycli.

Bij elkaar genomen, de bevindingen tonen aan dat CsPF6 een geordende en soepele groei van lithiummetaalfilms bevordert, beschermt de anode, en verbetert de batterijprestaties.

De onderzoekers blijven de factoren begrijpen die de vorming en evolutie van de SEI-laag en andere componenten van de batterij beïnvloeden om de langetermijnprestaties van lithiummetaal en andere metaalanoden te stabiliseren.