In situ transmissionselektronmikroskopi vid EMSL användes för att studera strukturella förändringar i lagets nya anodsystem. Mätningar i realtid visar kiselnanopartiklar inuti kolskal före (vänster) och efter (höger) litiering.
(Phys.org) -- Litiumjonbatterier driver enheter från elbilar till smartphones. Och samhället kräver fler batterier med mer kapacitet från varje batteri.
För att hjälpa till att möta denna efterfrågan, EMSL-användare och forskare lägger sin energi bakom en smart ny idé som, bokstavligen, ger batterierna lite utrymme att växa. Litiumjonbatterier genererar elektricitet genom att skjuta litiumjoner genom en elektrolyt. I ett fulladdat batteri, litiumjoner lagras i en katod, såsom litiumkoboltoxid (LiCoO 2 ).
När den används, litiumjoner strömmar från katoden genom en elektrolyt in i anoden, oftast gjord av kol. Under laddning, jonerna trycks tillbaka till katoden där de började. Forskare byggde på nuvarande teknologi genom att tillverka en ny typ av anod som består av enkla kiselnanopartiklar inuti kolskal, ungefär som äggulor inuti ägg.
I denna nya design, litiumjoner strömmar från katoden genom elektrolyten, diffundera genom kolskalen, och gå in i kislet – som kan hålla tio gånger så många litiumjoner som enbart kol.
Genom att lämna precis rätt mängd utrymme, de litiumhaltiga kiselnanopartiklarna sväller för att fylla, men inte brista, kolskalet.
Resultatet?
Ett litiumjonbatterisystem som jämfört med kommersiella batterier rymmer sju gånger mer energi och kan laddas ur och laddas fem gånger så många gånger innan det slits ut. Kritisk till dess goda prestanda, det nya systemet bildar en stabil skorpa, en fast elektrolytfas, på anoden som är en följd av elektrolytnedbrytning. Dessutom, teamets tillverkningsprocess är överkomlig, effektiv, och kan lätt skalas upp.
