Att utnyttja den fulla elektrokemiska effekten av litium-syre-batterier kräver en effektiv, mer stabil elektrolyt. Forskare från Boston College har applicerat en "vatten-i-salt" elektrolyt som möjliggör stabil litium-luft batteridrift, erbjuder överlägsen lång livslängd och presenterar en plattform som flyttar litiumjonbatterier närmare sin fulla potential, teamet rapporterar i journalen Chem .

I ett försök att hitta ett lämpligt elektrolytsystem, teamets vatten-i-salt-metod innebär inga organiska lösningsmedel. Den består av superkoncentrerat litiumsalt, känd som LiTFSI, där vattenmolekyler låser sig på jonerna och upplever mindre nedbrytning när de kommer i kontakt med syremolekyler, enligt forskarna, ledd av Boston College professor i kemi Dunwei Wang.

Resultatet är en "mycket effektiv elektrolyt som möjliggör stabila Li-O2-batteridrift på katoden med överlägsen cykeltid, "teamet rapporterar i artikeln med titeln" Katodiskt stabila Li-O2-batteridrift med hjälp av vatten-i-salt-elektrolyt. "Experiment visade att elektrolyten möjliggör stabila litium-luft-batteridrift upp till 300 cykler, gör det konkurrenskraftigt för praktiska tillämpningar.

Litiumjonbatterier fungerar genom reversibel insättning och extraktion av litiumjoner i och från ett fast material, såsom koboltoxid. Här, litium-luftbatterier fungerar genom att bilda litiumperoxid under urladdning och sönderdelning av litiumperoxid under laddning.

Trots mer än två decennier av forskning, förbättring av litiumjonbatteritekniken har inte uppfyllt den teoretiska potentialen för energilagring. Som en teknik för elektrokemisk energilagring, uppgradering av prestanda kräver förbättrad stabilitet hos elektrolyter.

Teamet hittade en väg kring problemet med instabilitet som uppstår vid användning av vatten vid utveckling av vattenhaltiga elektrolyter.

"Vi använde en okonventionell metod för att använda en vattenbaserad elektrolyt för Li-O2-batterier, "sa Wang." Tidigare har vatten ansågs vara extremt dåligt för Li-O2 batteridrift eftersom det skulle främja parasitiska kemiska reaktioner för att signifikant undergräva den önskade kemin. Vi upptäckte att när saltkoncentrationen är hög, de flesta vattenmolekyler kan låsas så att de ger rätt funktioner som konduktivitet men uppvisar lite av de parasitiska kemiska reaktionerna. "

Teamet försökte övervinna de begränsningar som har plågat tidigare ansträngningar att tämja de komplexa kemiska reaktionerna inom litium-luftbatteriprototyper, sa Wang, som genomförde projektet med Boston College -forskarna Qi Dong, Xiahui Yao, Yanyan Zhao, Miao Qi, Xizi Zhang och Yumin He, och Hongyu Sun från Danmarks tekniska universitet.

"Vi studerade ett nytt koncept för Li-O2-batterier, "sa Wang." Vi använde en kombination av elektrokemi och materialkarakteriseringsverktyg för att genomföra studien. Vårt mål är att möjliggöra stabil, högpresterande Li-O2-batteridrift. "

Wang sa att forskarna sedan kommer att försöka bygga vidare på resultaten för praktiska bränslecellstillämpningar och också arbeta för att minska kostnaderna för att producera elektrolyten.