Kredit:University of Texas i Austin
När elfordon växer i popularitet, lyser rampljuset starkare på några av deras återstående stora problem. Forskare vid University of Texas i Austin tar sig an två av de större utmaningarna som elfordon står inför:begränsad räckvidd och långsam laddning.
Forskarna tillverkade en ny typ av elektrod för litiumjonbatterier som kunde släppa lös mer kraft och snabbare laddning. De gjorde detta genom att skapa tjockare elektroder – de positivt och negativt laddade delarna av batteriet som levererar ström till en enhet – med hjälp av magneter för att skapa en unik inriktning som kringgår vanliga problem i samband med att dimensionera dessa kritiska komponenter.
Resultatet är en elektrod som potentiellt skulle kunna underlätta dubbel räckvidd på en enda laddning för ett elfordon, jämfört med ett batteri som använder en befintlig kommersiell elektrod.
"Tvådimensionella material anses allmänt vara en lovande kandidat för höghastighetstillämpningar för energilagring eftersom det bara behöver vara flera nanometer tjockt för snabb laddningstransport", säger Guihua Yu, professor vid UT Austins Walker Department of Mechanical Engineering och Texas Materialinstitutet. "Men för tjocka elektroddesignbaserade nästa generations högenergibatterier kan omstapling av nanoark som byggstenar orsaka betydande flaskhalsar i laddningstransport, vilket leder till svårigheter att uppnå både hög energi och snabbladdning."
Nyckeln till upptäckten, publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences , använder tunna tvådimensionella material som elektrodens byggstenar, staplar dem för att skapa tjocklek och använder sedan ett magnetfält för att manipulera deras orienteringar. Forskargruppen använde kommersiellt tillgängliga magneter under tillverkningsprocessen för att arrangera de tvådimensionella materialen i en vertikal linje, vilket skapade en snabb bana för joner att färdas genom elektroden.
Vanligtvis tvingar tjockare elektroder jonerna att resa längre sträckor för att röra sig genom batteriet, vilket leder till långsammare laddningstid. Den typiska horisontella inriktningen av materialskikten som utgör elektroden tvingar jonerna att slingra sig fram och tillbaka.
"Vår elektrod visar överlägsen elektrokemisk prestanda delvis på grund av den höga mekaniska hållfastheten, den höga elektriska ledningsförmågan och underlättad litiumjontransport tack vare den unika arkitekturen vi designat", säger Zhengyu Ju, doktorand i Yus forskargrupp som leder detta projekt .
Förutom att jämföra sin elektrod med en kommersiell elektrod, tillverkade de också en horisontellt anordnad elektrod med samma material för experimentell kontroll. De kunde ladda den vertikala tjocka elektroden till 50 % energinivå på 30 minuter, jämfört med 2 timmar och 30 minuter med den horisontella elektroden.
Forskarna betonade att de är tidigt i sitt arbete på detta område. De tittade på bara en enda typ av batterielektrod i denna forskning.
Deras mål är att generalisera sin metod för vertikalt organiserade elektrodlager för att applicera den på olika typer av elektroder med andra material. Detta kan hjälpa tekniken att bli mer allmänt antagen inom industrin, så det kan möjliggöra framtida snabbladdande men ändå högenergibatterier som driver elfordon. + Utforska vidare
