Een vleugje asfalt kan het geheim zijn van lithium-metaalbatterijen met hoge capaciteit die 10 tot 20 keer sneller worden opgeladen dan commerciële lithium-ionbatterijen, volgens wetenschappers van Rice University.

Het Rice-lab van chemicus James Tour ontwikkelde anodes van poreuze koolstof gemaakt van asfalt die na meer dan 500 laad-ontlaadcycli een uitzonderlijke stabiliteit vertoonden. Een hoge stroomdichtheid van 20 milliampère per vierkante centimeter demonstreerde de belofte van het materiaal voor gebruik in apparaten voor snel opladen en ontladen die een hoge vermogensdichtheid vereisen. De bevinding wordt gerapporteerd in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

"De capaciteit van deze batterijen is enorm, maar wat even opmerkelijk is, is dat we ze in vijf minuten van nul naar volledige lading kunnen brengen, in plaats van de typische twee uur of meer die nodig zijn met andere batterijen, ' zei Tour.

Het Tour-lab gebruikte eerder een derivaat van asfalt, met name onbehandeld gilsoniet, hetzelfde type dat voor de batterij wordt gebruikt - om broeikasgassen uit aardgas op te vangen. Deze keer, de onderzoekers mengden asfalt met geleidende grafeen-nanoribbons en bedekten het composiet met lithiummetaal door middel van elektrochemische afzetting.

Het laboratorium combineerde de anode met een kathode van gezwavelde koolstof om volledige batterijen te maken voor testen. De batterijen vertoonden een hoge vermogensdichtheid van 1, 322 watt per kilogram en een hoge energiedichtheid van 943 watt-uur per kilogram.

Testen brachten nog een ander belangrijk voordeel aan het licht:de koolstof verzachtte de vorming van lithiumdendrieten. Deze bemoste afzettingen dringen het elektrolyt van een batterij binnen. Als ze ver genoeg reiken, ze sluiten de anode en kathode kort en kunnen ervoor zorgen dat de batterij defect raakt, in brand vliegen of exploderen. Maar de van asfalt afgeleide koolstof voorkomt elke vorming van dendrieten.

Een eerder project van het lab wees uit dat een anode van grafeen en koolstofnanobuisjes ook de vorming van dendrieten verhinderde. Tour zei dat de nieuwe composiet eenvoudiger is.

"Hoewel de capaciteit tussen de vorige en deze nieuwe batterij vergelijkbaar is, nadert de theoretische limiet van lithiummetaal, de nieuwe van asfalt afgeleide koolstof kan meer lithiummetaal opnemen per oppervlakte-eenheid, en het is veel eenvoudiger en goedkoper te maken, " zei hij. "Er is geen stap voor chemische dampafzetting, geen e-beam depositiestap en geen noodzaak om nanobuisjes uit grafeen te laten groeien, dus de productie is sterk vereenvoudigd."