Dendriter är de destruktiva biprodukterna från cykeln för laddning och urladdning av litiumjonbatterier. Dessa små avlagringar bildas mellan batteriets anod och katod, byggs upp med tiden. Oundvikligen, de minskar batteritiden. Mer problematiskt är risken för att batteriet brinner i lågor. I jakten på säkrare och längre batterier - särskilt för elbilar, lastbilar, och plan - forskare fortsätter att utforska metoder för att undertrycka bildandet av dendriter.

Forskare vid Carnegie Mellon University har funnit att flytande kristaller kan användas som elektrolyter med litiummetallanoder i batterier för att undertrycka dendrittillväxt. Flytande kristaller representerar en ny klass av material som har egenskaper som skiljer sig från konventionella vätskor och fasta ämnen. Dendritundertryckandet sker på grund av tendensen hos flytande kristallmolekyler att rada upp sig i ett ordnat arrangemang.

I resultat publicerade i Förfaranden från National Academy of Sciences , forskargruppen föreslog olika designkriterier för att välja flytande kristaller som batterielektrolyter som kan möjliggöra välfungerande litiummetallbatterier.

"Denna omfattande uppsättning designregler på molekylär nivå kommer att bana väg mot förverkligandet av denna nya klass av elektrolyter för praktiska litiummetallbatterier, " sa Venkat Viswanathan, docent i maskinteknik vid Carnegie Mellon.

"Batterier med ökad energitäthet är avgörande för att möjliggöra masselektrifiering av transporter. Litiummetallanoder erbjuder ett lovande tillvägagångssätt för att förbättra batteriernas energitäthet, men dendritbildning plågar säkerheten och livslängden för litiummetallanoder, sa Zeeshan Ahmad, huvudförfattaren på tidningen.

Resultaten bygger på forskargruppens tidigare arbete med dendritundertryckande med hjälp av fasta elektrolyter. Fasta elektrolyter ger överlägsen dendritundertryckning, de har långsammare litiumjonledningsförmåga och kan inte enkelt integreras i de nuvarande litiumjonbatterierna. vätskor, å andra sidan, har snabbare ledningsförmåga men kan inte undertrycka dendriter.

De flytande kristallmaterialen ligger någonstans däremellan eftersom de har någon orienteringsordning men ingen positionsordning som fasta ämnen. De är enkelt integrerade i nuvarande litiumjonbatterier, är säkrare, och erbjuder spontan dendritdämpning.

Flytande kristaller har en nackdel:deras stabilitet är för närvarande inte lika bra som den i nuvarande flytande elektrolyter. Nästa steg i denna forskning är att ytterligare undersöka flytande kristallina material så att de kan uppfylla alla designkriterier för framtida batterier.