Litium-metallbatterier är mycket lovande för nästa generations energilagring på grund av deras höga energitäthet och exceptionella elektrokemiska egenskaper, vilket gör dem till en potentiell spelväxlare när det gäller att driva elfordon, bärbar elektronik och lagring i nätskala. Deras utbredda användning hindras dock av säkerhetsproblem, särskilt risken för interna kortslutningar och termisk flykt som leder till bränder och explosioner.

Gå in i en ny studie från teamet av professor Gary Koenig vid Drexel University, som presenterar ett innovativt tillvägagångssätt för att mildra dessa säkerhetsrisker genom att använda en icke brandfarlig eterisk interfas bildad av en litiumbis(trifluormetansulfonyl)imid (LiTFSI) saltlösning.

Den eteriska mellanfasen fungerar som ett skyddande lager på litiummetallytan, vilket effektivt undertrycker dendrittillväxt och stabiliserar gränsytan. Denna anmärkningsvärda skyddande interfas tillskrivs LiTFSI:s unika lösningsbeteende i eteriska lösningsmedel, vilket möjliggör bildandet av en fast-elektrolyt-interfas som är rik på LiF- och TFSI⁻-arter, avgörande för dendritinhibering.

Prestandan hos litium-metallbatterier med den eteriska mellanfasen överträffade de med traditionella karbonatbaserade elektrolyter när det gäller säkerhet och elektrokemisk prestanda. Batterierna visade stabil cykling i över 1000 timmar vid en hög strömtäthet på 5 mA cm⁻², vilket vida översteg riktmärket för kommersiella litiumjonbatterier.

Dessutom uppvisade den eteriska mellanfasen exceptionell brandbeständighet, vilket effektivt dämpade termisk flykt och förhindrade batteribränder även under extrema förhållanden såsom spikpenetrationstester. Den eteriska elektrolytens icke brandfarliga natur bidrar ytterligare till ökad säkerhet genom att eliminera risken för elektrolytantändning.

Denna banbrytande forskning banar väg för säkrare litium-metallbatterier med exceptionell elektrokemisk prestanda, och erbjuder en lovande lösning för framtidens energilagringsteknik.