Nanopartikelbatterielektroder som deponeras genom elektroforetisk deponering kan leda till lättare och mer effektiva batterier. Överst är en schematisk bild av EPD -processen. Mitten är en elektronmikroskopbild av nanopartikelelektroden.
(Phys.org) —Materialforskare har utvecklat en enkel, robust sätt att tillverka kolfritt och polymerfritt, lätta kolloidala filmer för litiumjonbatterielektroder, vilket kan förbättra batteriets prestanda avsevärt.
Genom att utveckla en metod för tillsatsfria elektroder som håller hög konduktivitet, forskarna har öppnat nya möjligheter för att minska batteriets vikt och volym, samtidigt som man skapar ett mallsystem för att studera fysiken för nanopartikelelektroder.
Arbetet, ledd av Richard Robinson, biträdande professor i materialvetenskap och teknik, och doktorand Don-Hyung Ha, finns i 10 oktober -numret av Nano bokstäver (Vol. 12, Nr 10).
Nanopartiklar har omfattande undersökts som en aktiv katod och anod i litiumjonbatterier-vanliga komponenter i elektroniska enheter-eftersom de kan förbättra batteriernas elektrokemiska egenskaper.
För att använda kolloidala nanopartiklar för elektroderna, det hade varit nödvändigt att kombinera dem med kolbaserade ledande material för att förbättra laddtransport, liksom polymera bindemedel för att hålla ihop partiklarna och till elektrodsubstratet, Sa Robinson. Denna process tillförde extra vikt åt batteriet och gjorde det svårt att modellera rörelsen av litiumjoner och elektroner genom blandningen.
Den kritiska bearbetningstekniken som Robinson och kollegor använde var elektroforetisk deponering, som binder metallnanopartiklarna till elektrodsubstratets yta till varandra i en sammansättning, skapa starka elektriska kontakter mellan partiklarna och strömkollektorn.
Processen resulterar i en betydande förbättring av batterielektrodmontering som inte kan replikeras med konventionella metoder. När den väl är ansluten, partiklarna är inte längre lösliga och är mekaniskt robusta. Faktiskt, denna bearbetning skapar en film som har överlägsen mekanisk stabilitet jämfört med filmer tillverkade med konventionella batteritillverkningsmetoder med bindemedel, Sa Robinson.
Denna forskning har lett till den första koboltoxid-nanopartikelfilmbatterielektroden som tillverkats utan att använda bindemedel och kimrökt tillsatser, och de visar hög gravimetrisk och volymetrisk kapacitet, även efter 50 cykler.
