Litiumjonbatterier kommer att ta en dominerande roll i elfordon och andra applikationer inom en snar framtid - men batterimaterialen, används just nu, kommer till korta när det gäller säkerhet och prestanda och håller tillbaka nästa generations högpresterande batterier.

Särskilt, utvecklingen av elektrolyten utgör en viktig utmaning för batterier med högre effekt som lämpar sig för energilagring och fordonsapplikationer.

Vid Monash University School of Chemistry, forskare under ledning av professor Doug MacFarlane och Dr. Mega Kar som arbetar med det lokala företaget Calix Ltd har kommit på alternativa lösningar på denna utmaning med ny kemi.

"Litiumsaltet som för närvarande används i litiumjonbatterier är litiumhexafluorfosfat, som utgör en brand- och säkerhetsrisk samt toxicitet, "sade professor MacFarlane.

"I mindre bärbara enheter, denna risk kan delvis mildras. Dock, i ett stort batteripaket, såsom elfordon och utomhusnätsskala energilagringssystem, den potentiella faran är mycket intensifierad. Batterier med högre spänning och effekt finns också på ritbordet men kan inte använda hexafluorfosfatsaltet. "

I forskning publicerad i Avancerade energimaterial , kemisterna beskriver ett nytt litiumsalt som kan övervinna utmaningarna med elektrolytdesign och ersätta hexafluorfosfatsaltet.

"Vårt mål har varit att utveckla säkra fluorboratsalter, som inte påverkas även om vi utsätter dem för luft, " sade huvudstudieförfattaren Dr. Binayak Roy, också från Monash University School of Chemistry.

"Den största utmaningen med det nya fluorboratsaltet var att syntetisera det med renhet av batterikvalitet, vilket vi har kunnat göra genom en omkristalliseringsprocess, " han sa.

"När det sätts i ett litiumbatteri med litiummanganoxidkatoder, cellen cyklade i mer än 1000 cykler, även efter exponering i atmosfären, en ofattbar bedrift jämfört med det hyperkänsliga hexafluorfosfatsaltet."

Enligt Dr. Roy, i kombination med ett nytt katodmaterial i ett högspänningslitiumbatteri, denna elektrolyt överträffade vida det konventionella saltet. Dessutom, saltet visade sig vara mycket stabilt på aluminiumströmavtagare vid högre spänningar, som krävs för nästa generations batterier.

Forskningen är ett resultat av ett samarbete inom Australian Research Council (ARC) Training Center for Future Energy Storage Technologies (www.storenergy.com.au).

StorEnergy är ett federalt finansierat Industry Transformation Training Center som syftar till att utbilda och utbilda nästa generations arbetare inom Australiens energiindustri och främja samarbete mellan industri och universitet.

StorEnergy Director Professor Maria Forsyth från Deakin University, sa:"Detta är ett underbart exempel på hur industri-universitetssamarbeten som stöds av statlig forskningsfinansiering kan stödja Australiens ledarskap inom nästa generations säkra batteriteknologier."

Forskningen genomfördes i samarbete med Calix Ltd., ett Victoria/NSW-baserat företag som producerar högkvalitativa manganbaserade batterimaterial från australiska mineraler. Forskningen kommer att hjälpa Calix att uppnå sitt mål om storskalig tillverkning av australiensiskt baserade Li-ion-batterier, siktar på energilagringssystem i nätskala för utbyggnad i Australien.

Dr Matt Boot-Handford, General Manager för FoU på Calix sa:"Calix utvecklar en plattformsteknik för att producera högpresterande, kostnadseffektivt batterimaterial i Australien. Vi arbetar nära våra forskningspartners på Monash och Deakin genom StorEnergy för att stödja utvecklingen av elektrolytsystem som är kompatibla med Calix elektrodmaterial. Den överlägsna elektrokemiska prestanda och stabilitet som demonstreras av Monash-teamets nya elektrolytsystem i kombination med Calixs litiummanganoxidelektrodmaterial är en spännande och viktig milstolpe som tar oss ett steg närmare att göra batterier med Calix nästa generations elektrodmaterial till en kommersiell verklighet.

"Inom en snar framtid hoppas vi kunna förvandla dessa nya anjoner till termiskt stabila, icke brandfarliga flytande salter, vilket gör dem användbara för batterier som arbetar vid höga temperaturer, " sa Dr. Kar.

"Med de nuvarande klimatförhållandena, att designa sådana batteriteknologier med säkerhet och stabilitet kommer att vara viktigt för att implementera en hållbar energilösning i nätskala i Australien."