Alla vill ha mindre, billigare, batterier som håller längre. Hitta en som också har större säkerhet och stabilitet, och du har den heliga gralen av bättre batterier.

Litiumjonbatterier har varit favoriten för smartphones, tabletter, bärbara datorer, kameror och uppladdningsbara elverktyg i årtionden. Men de har också nackdelar, t.ex. "termisk runaway" där ett batteri går sönder - eller tar eld - på grund av ansamling av för mycket värme.

I åratal, forskare har letat efter källan till värmeproblemet och hur man åtgärdar den tillhörande flyktigheten. Efter tre år av materialsimulering, syntes, karakterisering och batteriprestandatester, University of Texas i Dallas forskare har upptäckt att problemet med litiumjonbatterier inte finns i batterimaterialet.

"Det visar sig att bara ytan på batterikatodmaterialen är problemet, "sa Dr Kyeongjae" K.J. "Cho, professor i materialvetenskap och teknik vid Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science. "Insidan är OK. Detta ger oss stort hopp om att vi kan ta reda på hur vi ska stabilisera ytan och göra verklighet av batterier med riktigt hög kapacitet."

Cho och hans kollegor beskrev sina resultat i den tryckta upplagan av tidskriften den 10 januari Avancerade energimaterial .

Cho sa att batterier med hög energidensitet har ett högt pris:ökad volatilitet.

"När ett batteri ständigt laddas och laddas, materialet börjar brytas ned. Frigjord energi orsakar uppvärmning, och batteriet tar eld. Det är i huvudsak säkerhetsproblemet, " han sa.

De goda nyheterna?

"Endast ytan på batterimaterialen är instabil och osäkra. Om det kan åtgärdas, det går att fixa, " han sa.

Under de konstanta cyklerna av laddning och omladdning, syrgas frigörs från ytan av batterimaterial. Under den processen, vägen för litiumjontransport från det inre till det yttre kan blockeras av metalliskt nickeldamm, som genereras tillsammans med gasutsläpp, sa Cho.

"När det finns en blockering, det finns inget sätt att överföra litiumjoner på ytan som vill komma in och ut. Detta leder till snabb minskning av batterikapaciteten. När mängden värme ökar, risken för brand och explosioner ökar också, " han sa.

Så enkelt, ändå djupgående, upptäckt på ytan av batterimaterialet kan förändra hur tillverkarna bygger dem. Cho föreslår att en väldesignad oxidbeläggning kanske skulle kunna läggas till på batteriytan.

"Ändringar kan leda till att en avgift bibehålls under en längre tid, " sade Cho. "Detta är problemet som industrin försöker lösa just nu för nästa generation av litiumjonbatterier. Det är väldigt spännande, och vi jobbar på nästa etapp. "

Fantai Kong Ph.D.'17, huvudförfattare till studien och Cho:s tidigare student, är senior ingenjör på Hunt Energy Enterprises i Dallas och arbetar med storskaliga energilagrings- och materialprojekt. Han sa att en lösning av värmeproblemet i batterier kan leda till en 20-30 procent högre kapacitet.

"Vi är precis vid tröskeln till kommersiell lönsamhet. Det kan finnas en kommersiell produkt om några år, " sa Kong.

Baserat på de nya rönen, Cho sa att det finns ett visst intresse från industrin för att arbeta med UT Dallas-gruppen på nästa generations katodmaterial för elbilsbatterier. Chos grupp samarbetar också med U.S. Naval Research Laboratory i ett uppföljande forskningsprojekt för att öka kapaciteten och säkerheten hos katodmaterial.