Litiumbatterier lovar mycket för framtiden för många applikationer, inklusive elfordon, men tenderar att vara oöverkomligt dyra, enligt ett team av forskare baserade i Japan. Det laget, ledd av Naoaki Yabuuchi, professor vid Yokohama National University, har utvecklat ett nytt elektrodmaterial för att göra litiumbatterier inte bara billigare, men varar längre med högre energitäthet.

Resultaten gjordes tillgängliga online, före tryckt publicering, den 25 mars kl Material idag .

Enligt Yabuuchi, många forskare har framgångsrikt förbättrat batteriets förmåga att hålla en laddning, men har ännu inte förbättrat mängden laddning som batteriet kan sprida på ett användbart sätt – som att driva ett elektriskt fordon under en längre marschtid.

"Elektrodmaterial med högre energitäthet behövs för att utveckla litiumjonbatterier och för att vidareutveckla elfordon, "Sade Yabuuchi. "Vårt papper visar ett nytt elektrodmaterial för detta ändamål."

Elektrodmaterial i batterier hjälper till att ta in lagrad energi och ladda ur den för att driva vad batteriet än är i. Materialet som utgör elektroden förlitar sig på utbyte av elektroner och litiumjoner och förändrar avsevärt effektiviteten med vilken batteriet fungerar. I tidigare studier, forskare fann att litiumjoner blandade med mangan, titan- och syrejoner gav en utmärkt input-output för elektroner och litiumjoner, men utbyteshastigheten är för långsam för att användas i praktiska batteriapplikationer.

Yabuuchi och hans team tittade på den kemiska kombinationen och bestämde sig för att para ihop den med en liknande blandning av litium, syre, mangan- och titanjoner, men den kan också malas till önskad partikelstorlek. Mindre, partiklar i nanostorlek kan färdas snabbare och lättare över elektroden, även vid rumstemperatur.

Den nanostora elektroden som består av mangan- och titanjoner resulterar i ett mer robust utbyte av elektroner och litiumjoner, med batteriet som kan hålla och sprida mer laddning än tidigare samtidigt som det behåller en längre livslängd.

"Både titan och mangan är rikliga grundämnen, vilket innebär att vi kan göra kostnadseffektiva, utan nickel- och koboltjoner som används för nuvarande elfordon, och högpresterande elektrodmaterial med dem, "Sade Yabuuchi. "Detta fynd bidrar till att minska batterikostnaderna och en ökning av den praktiska verkligheten för sådana applikationer som elfordon och mer."

Teamet fortsätter att studera hur man ytterligare kan förbättra elektrodreversibiliteten genom kemiska sammansättningar och partikelstorleksoptimering.

"Nu, vi samarbetar med industripartners för att använda våra elektrodmaterial för praktiska tillämpningar, " sa Yabuuchi. "Vår studie leder potentiellt till mindre beroende av fossila bränslen och utvecklingen av ett nytt energisamhälle på grundval av förnybar energi i framtiden, på grundval av eviga, högenergibatterier."