Med hjälp av en avancerad, ny mikroskopiteknik som kan visualisera kemiska reaktioner som sker i flytande miljöer, forskare har upptäckt en ny anledning till att litium-syrebatterier - som lovar upp till fem gånger mer energi än litiumjonbatterier som driver elfordon och mobiltelefoner - tenderar att sakta ner och dö efter bara några laddnings-/urladdningscykler. De rapporterar sina resultat i tidskriften Nanoenergi .

"Vad vi kunde se för första gången är att litiumperoxid utvecklas i den flytande elektrolyten i litium-syrebatterier, och är en bidragande orsak till att dessa batterier saktar ner och slutar dö, " sa Reza Shahbazian-Yassar, docent i maskin- och industriteknik vid University of Illinois vid Chicago College of Engineering och huvudförfattare till artikeln. "Detta är en nyupptäckt anledning till varför dessa lovande batterier har en så brant nedgång i effektivitet och kapacitet efter relativt få laddnings-/urladdningscykler."

Litium-syrebatterier har lockat batteriforskare i flera år på grund av deras potentiella höga energitäthet. Men de tenderar att sakta ner och sluta fungera relativt snabbt jämfört med andra batterier. En av anledningarna till denna effektförlust är att en biprodukt av de kemiska reaktionerna som äger rum inuti batteriet - litiumperoxid - byggs upp på batteriets elektroder. De belagda elektroderna kan inte längre fungera effektivt och kemiska reaktioner som producerar energi slutar till slut.

Men nu, Shahbazian-Yassar och hans kollegor, med hjälp av en ny transmissionselektronmikroskopiteknik utvecklad av UIC-ingenjörsstudenter Kun He och Yifei Yuan, har visat på nanometernivå, att litiumperoxid också bildas i batteriets flytande elektrolytkomponent, ytterligare bromsa kemiska reaktioner.

"Att veta att litiumperoxid byggs upp i själva elektrolyten är ett mycket viktigt fynd, " sa Shahbazian-Yassar. "Nu, vi kan börja komma på idéer och design som antingen förhindrar detta från att hända eller gör något för att bibehålla att elektrolyten fungerar korrekt så att den inte stör batteriets funktion, och vi kan använda den nya vätskemikroskopitekniken för att se om vi rör oss i rätt riktning."

Än så länge, litium-syrebatterier har bara funnits som labbbaserade prototyper, med masstillverkade litium-syrebatterier för offentligt eller kommersiellt bruk fortfarande långt borta, sa Shahbazian-Yassar. "Det finns många problem som måste övervinnas med litium-luftbatterier innan de kan komma in i vanlig användning, men att veta exakt vad problemen är är ett stort första steg mot kommersialiseringen av dessa batterier med extremt hög energitäthet."