Lynden Archer, professor i kemiteknik vid Cornell University, tror att det måste ske en batteriteknologisk revolution och tror att hans laboratorium har avlossat ett av de första skotten.

"Det vi har nu [inom litiumjonbatteriteknologi] ligger faktiskt vid gränserna för dess kapacitet, "sa Archer." Litiumjonbatteriet, som har blivit arbetshästen för att driva ny elektronikteknik, arbetar med över 90 procent av sin teoretiska lagringskapacitet. Mindre tekniska justeringar kan leda till bättre batterier med mer lagringsutrymme, men det här är ingen långsiktig lösning. "

"Du behöver en slags radikal tankesändring, " han sa, "och det betyder att du nästan måste börja i början."

Snehashis "Sne" Choudhury, Ph.D. '18, har kommit med vad Archer kallar en "elegant" lösning på ett grundläggande problem med laddningsbara batterier som använder energitäta metalliska litiumanoder:ibland-katastrofal instabilitet på grund av dendriter, som är litiumryggar som växer från anoden när joner reser fram och tillbaka genom elektrolyten under laddnings- och urladdningscykler.

Om dendrit bryter igenom separatorn och når katoden, kortslutning och brand kan uppstå. Fasta elektrolyter har visat sig undertrycka dendrittillväxt mekaniskt, men på bekostnad av snabb jontransport. Choudhurys lösning:Begränsa dendrittillväxt genom själva elektrolytens struktur, som kan kontrolleras kemiskt.

Med hjälp av ett reaktionsförfarande som Archer -gruppen introducerade 2015, de använder "tvärbundna håriga nanopartiklar - en ympning av kiseldioxid nanopartiklar och en funktionaliserad polymer (polypropylenoxid) - för att skapa en porös elektrolyt som effektivt förlänger den väg som joner måste ta för att resa från anoden till katoden och tillbaka, ökar anodens livslängd dramatiskt.

Deras papper, "Begränsning av elektroavlagring av metaller i strukturerade elektrolyter, "publicerades i Förfaranden från National Academy of Sciences . Choudhury och Dylan Vu-en stigande junior med kemiteknik-är första författare.

Choudhury, som är på väg till Stanford University för sitt postdoktorala arbete, utvecklade också en metod för direkt visualisering av de inre funktionerna i deras experimentella batteri. Gruppen bekräftade teoretiska förutsägelser om dendrittillväxt med Choudhurys enhet.

"Det här är något jag har velat göra för, Jag antar, tre doktorander elevernas livstid, "sade Archer, som har varit på Cornell sedan 2000, med ett skratt. "Vad Sne kunde göra var att designa en cell som tillät oss att, mycket elegant, visualisera vad som händer på litium-metall-gränssnittet, ger oss nu möjligheten att gå bortom teoretiska förutsägelser. "

En annan nyhet i detta verk, Archer sa, är "välter något av en kanon" inom batteri vetenskap. Det har länge hållits att för att undertrycka tillväxten av dendrit, avskiljaren inuti batteriet måste vara starkare än den metall den försöker undertrycka, men Choudhurys porösa polymerseparator - med genomsnittliga porstorlekar under 500 nanometer - visade sig stoppa tillväxten.