Folk ber inte för mycket från batterier:Leverera energi när det behövs och så länge det är önskat, ladda snabbt och brista inte i lågor.

Ett utslag av mobiltelefonbränder 2016 skakade konsumenternas förtroende för litiumjonbatterier, en teknik som hjälpte till att inleda modern bärbar elektronik men har plågats av säkerhetsproblem sedan den introducerades på 1980 -talet. När intresset för elbilar ökar, forskare och industrins insiders söker efter förbättrad laddningsbar batteriteknik som säkert och pålitligt kan driva bilar, autonoma fordon, robotik och andra nästa generations enheter.

Ny Cornell-forskning utvecklar utformningen av solid-state-batterier, en teknik som i sig är säkrare och mer energität än dagens litiumjonbatterier, som förlitar sig på brandfarliga flytande elektrolyter för snabb överföring av kemisk energi lagrad i molekylära bindningar till elektricitet. Genom att börja med flytande elektrolyter och sedan omvandla dem till fasta polymerer inuti den elektrokemiska cellen, forskarna utnyttjar både flytande och fasta egenskaper för att övervinna viktiga begränsningar i nuvarande batteridesign.

"Tänk dig ett glas fullt med isbitar:En del av isen kommer i kontakt med glaset, men det finns luckor, "sa Qing Zhao, en postdoktor och huvudförfattare till studien, "Solid-state polymerelektrolyter med inbyggd snabb gränssnittstransport för sekundära litiumbatterier, "publicerad 11 mars Naturenergi .

"Men om du fyller glaset med vatten och fryser det, gränssnitten kommer att vara helt belagda, och du upprättar en stark koppling mellan glasets fasta yta och dess vätskeinnehåll, "Qing sa." Samma allmänna koncept i ett batteri underlättar höga jonöverföringshastigheter över de fasta ytorna på en batterielektrod till en elektrolyt utan att behöva en brännbar vätska för att fungera. "

Den viktigaste insikten är introduktionen av speciella molekyler som kan initiera polymerisation inuti den elektrokemiska cellen, utan att äventyra cellens andra funktioner. Om elektrolyten är en cyklisk eter, initiativtagaren kan utformas för att riva upp ringen, producerar reaktiva monomersträngar som binder samman för att skapa långkedjeliknande molekyler med i huvudsak samma kemi som etern. Denna nu fasta polymer behåller de täta anslutningarna vid metallgränssnitten, ungefär som isen i ett glas.

Utöver deras relevans för att förbättra batterisäkerheten, solid-state elektrolyter är också fördelaktiga för att möjliggöra nästa generations batterier som använder metaller, inklusive litium och aluminium, som anoder för att uppnå mycket mer energilagring än vad som är möjligt i dagens toppmoderna batteriteknik. I detta sammanhang, halvledselektrolyten hindrar metallen från att bilda dendriter, ett fenomen som kan kortsluta ett batteri och leda till överhettning och fel.

Trots de upplevda fördelarna med solid-state batterier, industrins försök att producera dem i stor skala har stött på motgångar. Tillverkningskostnaderna är höga, och de dåliga gränssnittsegenskaperna hos tidigare konstruktioner utgör betydande tekniska hinder. Ett solid state-system kringgår också behovet av batterikylning genom att ge värmeförändringar stabilitet.

"Våra fynd öppnar en helt ny väg för att skapa praktiska halvledarbatterier som kan användas i en rad applikationer, "sa seniorförfattaren Lynden Archer, James A. Friend Family Distinguished Professor of Engineering vid Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering.

Enligt Archer, den nya in-situ-strategin för att skapa fasta polymerelektrolyter är särskilt spännande eftersom den visar lovande för att förlänga cykellivslängden och laddningsförmågan hos laddningsbara metallbatterier med hög energitäthet.

"Vår strategi fungerar för dagens litiumjonteknik genom att göra den säkrare, men erbjuder möjlighet för framtida batteriteknik, Sa Archer.