Forskare har länge ansett litiummetallbatterier vara den "heliga gralen" för energilagring. De har hög energitäthet - hur mycket energi ett batteri bär i förhållande till dess vikt. Det betyder att de kan göras mindre och lättare, samtidigt som de lagrar samma mängd energi som större, tyngre batterier tillverkade av andra material, eller de kan bära mer energi i samma storlek batteri.

Att packa mer energi i ett batteri av samma storlek innebär att ett elfordon som använder litiummetallbatterier kan köra längre på en laddning. Faktiskt, batterier med en litiummetallanod har potential att mer än fördubbla energitätheten hos nuvarande elfordonsbatterier. Men, bland andra prestandaförbättringar, de måste först göras säkrare att använda.

Ett forskningsteam från Pacific Northwest National Laboratory har tagit itu med säkerhets- och prestandautmaningar från litiummetallbatterier genom utvecklingen av en ny elektrolyt. Elektrolyten i ett batteri är den kemiska lösningen som tillåter det elektriska flödet mellan anoden och katoden. Den nya elektrolyten beskrivs i artikeln "High-Efficiency Lithium Metal Batteries with Fire-Retardant Electrolytes, " publicerad i Joule .

Att hitta "lösningen" för att förhindra bränder

Den största säkerhetsutmaningen med litiummetallbatterier involverar spikar eller trådar, kallas dendriter, av litium som växer på batteriets anod. Dendriter kan tömma batteriets ström, kortsluta dess interna kretsar, och påverka batteriets laddningsförmåga. I vissa fall, dendriter har spontant antänt och fattat eld.

För att minska eller eliminera dessa säkerhets- och prestandautmaningar, teamet ersatte komponenter i en elektrolyt som innehöll ett lokalt högkoncentrerat salt (litiumbis(fluorsulfonyl)imid) med ett flamskyddande inert eller kemiskt inaktivt material, trietylfosfat/bis(2, 2, 2-trifluoretyl)eter.

Den kombinerade lösningen bildar högkoncentrerade saltkluster som täcker anoden med ett lager av litiumavlagringar, eliminera dendritbildning och släcka säkerhetsproblemen.

En salt, ändå stadig, prestanda

Beläggningen skadar inte prestanda hos litiummetallanoden, som har hög verkningsgrad (99,2 procent).

"Den säkra och stabila höga prestandan hos detta batteri visar att vi är ett steg närmare att använda litiummetallbatterier i praktiska tillämpningar för elfordon, " sa Ji-Guang (Jason) Zhang, en batteriexpert och laboratoriestipendiat vid PNNL. "Dessa fynd kan också hjälpa utvecklingen av liknande, billigare elektrolyter för att förbättra prestanda och säkerhet för andra batterityper."