Forskare vid US Army Research Laboratory och Georgia Institute of Technology är inriktade på utvecklingen av batterier som förbättrar säkerheten och energitätheten för de som för närvarande finns på slagfältet.

Den gemensamma modelleringen och experimentellt arbete rapporterar om framstegen mot upptäckten av nya elektrolyter i fast tillstånd som skulle möjliggöra dessa förbättringar, och finns på omslaget till den prestigefyllda Avancerade energimaterial tidning.

Nya elektrolyter för batterier behövs för att underlätta utvecklingen av lättare och säkrare energilagringsenheter för att lasta av soldaten och minska logistikkraven.

Förbättrad icke brandfarlig, giftfri, låga och lätta fasta elektrolyter har en stor potential att möjliggöra användning av litiummetallteknologi som resulterar i ökad energitäthet och lättare batterier.

I den här artikeln, Dr Oleg Borodin, Professor Gleb Yushin och medarbetare undersökte litiumhydroxylklorid och deprotoniserade litiumhydroxiklorider för att avslöja påverkan av protonen i hydroxylgruppen på Li-konduktiviteterna i dessa typer av föreningar.

Born-Oppenheimers molekylära dynamiksimuleringar visar ett utmärkt överensstämmelse med experimentella resultat och avslöjar en oväntad litiumtransportmekanism, som är kopplad till rotation av hydroxylgruppen.

Roterande dörrar i byggnader kan fungera som enkla mekaniska analogier för Li+ motion.

Borodin, forskare inom ARL:s filial för elektrokemi, ledde modelleringsdelen av arbetet medan det experimentella arbetet utfördes under ledning av Yushin från Georgia Institute of Technology.

"Elektrolyter i fast tillstånd har en potential att samtidigt öka batteriets energitäthet, vilket resulterar i lättare batterier samtidigt som det förbättrar säkerheten och minskar kostnaderna, "Sa Borodin.

Enligt Modern War Institute, de två främsta syndarna på dagens slagfält är batterier och kroppspansar. Nästan allt en soldat bär kräver batterier, som kan lägga till nästan 20 kilo till deras belastning-ett problem Soldater bara har kämpat med under den senaste generationen.

"Utveckling av säkrare och lättare batterier skulle också gynna de tysta klockfunktionerna hos pansarfordon och förlänga uppdragstiden för mindre obemannade flygbilar som kan göra skillnad mellan att återvända till basen eller inte, "Sa Borodin.

En avgörande aspekt av denna forskning är samarbetsaspekten, vilket Borodin säger gör insatsen så lovande.

"Samarbete med världsledande grupper som professor Yushins grupp från Georgia Tech är avgörande för att hålla oss i framkanten av den snabbt föränderliga tekniken, "Borodin sa." Forsknings- och utvecklingsframsteg accelereras kraftigt genom att kombinera idéer och utöka ARL-kapacitet och expertis med både grundläggande förståelse för underliggande elektrokemiska processer som åstadkommits genom modellering och simuleringar och toppmoderna syntes- och karakteriseringsförmåga. "

Detta arbete stöder arméns moderniseringsprioritet för soldatdödlighet genom att tillhandahålla batterier med högre energitäthet för soldater för att öka deras uppdragstid, minska belastningen, och öka säkerheten över nuvarande batteriteknik.

Ytterligare förbättring av elektrolytkonduktivitet i fast tillstånd och gränsytelektrolytegenskaper pågår för närvarande för att möjliggöra framtida kommersialisering av denna klass av elektrolyt.

Enligt Borodin, utanför försvarsdepartementet, fasta elektrolyter forskas aktivt på grund av deras potential att ersätta de för närvarande använda flytande elektrolyterna i storformatsbatterier för elfordon, tillhandahåller kritiskt nödvändig förbättring av säkerheten och utökat körområde utöver ett brett spektrum av applikationer från reservkraft och bärbar elektronik.