Batterier som driver elbilar har problem. De tar lång tid att ladda. Laddningen håller inte tillräckligt länge för att köra långa sträckor. De tillåter inte förare att snabbt accelerera. De är stora och skrymmande.

Forskare vid University of California, Riversides Bourns College of Engineering har omformat batteriets komponentmaterial på ett miljövänligt sätt för att lösa några av dessa problem. Genom att skapa nanopartiklar med kontrollerad form, de tror mindre, mer kraftfulla och energieffektiva batterier kan byggas.

"Detta är en kritisk, grundläggande steg för att förbättra effektiviteten hos dessa batterier, "sa David Kisailus, docent i kemi- och miljöteknik och ledande forskare i projektet.

Förutom elbilar, de omdesignade batterierna kan användas för kommunal energilagring, inklusive energi som genereras av solen och vinden.

De första fynden beskrivs i ett nyss publicerat papper som heter "Solvothermal Synthesis, Utveckling och prestanda för LiFePO4 Nanostructures ”i tidskriften Crystal Tillväxt &Design .

Kisailus, som också är Winston Chung begåvad professor i energiinnovation, och Jianxin Zhu, en doktorsexamen student som arbetar med Kisailus, var huvudförfattare till tidningen. Andra författare var:Joseph Fiore, Dongsheng Li, Nichola Kinsinger och Qianqian Wang, alla som tidigare arbetat med Kisailus; Elaine DiMasi, av Brookhaven National Laboratory; och Juchen Guo, en biträdande professor i kemi- och miljöteknik vid UC Riverside.

Forskarna i Kisailus 'Biomimetics and Nanostructured Materials Lab försökte förbättra litiumjonbatteriernas effektivitet genom att rikta in sig på en av materialkomponenterna i batteriet, katoden.

Litiumjärnfosfat (LiFePO4), en typ av katod, har använts i elfordon på grund av dess låga kostnad, låg toxicitet och termisk och kemisk stabilitet. Dock, dess kommersiella potential är begränsad eftersom den har dålig elektronisk konduktivitet och litiumjoner är inte särskilt rörliga inom den.

Flera syntetiska metoder har använts för att övervinna dessa brister genom att kontrollera partikeltillväxt. Här, Kisailus och hans team använde en solvotermisk syntetisk metod, i huvudsak placera reaktanter i en behållare och värma upp dem under tryck, som en tryckkokare.

Kisailus, Zhu och deras team använde en blandning av lösningsmedel för att kontrollera storleken, form och kristallinitet hos partiklarna och övervakade sedan noggrant hur litiumjärnfosfatet bildades. Genom att göra det här, de kunde avgöra sambandet mellan de nanostrukturer de bildade och deras prestanda i batterier.

Genom att kontrollera storleken på nanokristaller, som vanligtvis var 5, 000 gånger mindre än tjockleken på ett människohår, inom formkontrollerade partiklar av LiFePO4, Kisailus team har visat att batterier med mer ström på begäran kan genereras.

Dessa storlek och form modulerade partiklar erbjuder en högre andel av införingspunkter och minskade väglängder för Li-jontransport, vilket förbättrar batteriets hastighet. Kisailus och hans team förädlar för närvarande denna process för att inte bara ytterligare förbättra prestanda och minska kostnaderna, men också implementera skalbarhet.