Litium-koldioxidbatterier är attraktiva energilagringssystem eftersom de har en specifik energitäthet som är mer än sju gånger större än vanliga litiumjonbatterier. Dock, tills nu, forskare har inte kunnat utveckla en helt laddningsbar prototyp, trots deras potential att lagra mer energi.

Forskare vid University of Illinois i Chicago är de första som visar att litium-koldioxid-batterier kan designas för att fungera på ett fullt uppladdningsbart sätt, och de har framgångsrikt testat en prototyp för ett litium-koldioxidbatteri som kör upp till 500 på varandra följande cykler av laddnings-/laddningsprocesser.

Deras resultat publiceras i tidskriften Avancerade material .

"Litium-koldioxidbatterier har varit attraktiva under lång tid, men i praktiken vi har inte kunnat få en som verkligen är effektiv förrän nu, " sa Amin Salehi-Khojin, docent i maskin- och industriteknik vid UIC:s Ingenjörshögskola.

Traditionellt, när ett litium-koldioxidbatteri laddas ur, den producerar litiumkarbonat och kol. Litiumkarbonatet återvinns under laddningsfasen, men kolet bara ackumuleras på katalysatorn, i slutändan leder till att batteriet går sönder.

"Ansamlingen av kol blockerar inte bara de aktiva platserna i katalysatorn och förhindrar koldioxiddiffusion, men utlöser också elektrolytnedbrytning i laddat tillstånd, sa Alireza Ahmadiparidari, uppsatsens första författare och en UIC College of Engineering doktorand.

Salehi-Khojin och hans kollegor använde nya material i sitt experimentella koldioxidbatteri för att uppmuntra grundlig återvinning av både litiumkarbonat och kol. De använde molybdendisulfid som en katodkatalysator i kombination med en hybridelektrolyt för att hjälpa till att införliva kol i cyklingsprocessen.

Specifikt, deras kombination av material ger en enda flerkomponentkomposit av produkter snarare än separata produkter, gör återvinningen mer effektiv.

"Vår unika kombination av material hjälper till att göra det första kolneutrala litiumkoldioxidbatteriet med mycket mer effektivitet och långvarig livslängd, vilket kommer att göra det möjligt att använda den i avancerade energilagringssystem, " sa Salehi-Khojin.