(Phys.org) —En ny elektrodesign för litiumjonbatterier har visat sig potentiellt minska laddningstiden från timmar till minuter genom att ersätta den konventionella grafitelektroden med ett nätverk av tennoxid-nanopartiklar.

Batterier har två elektroder, kallas en anod och en katod. Anoderna i de flesta av dagens litiumjonbatterier är gjorda av grafit.

Den teoretiska maximala lagringskapaciteten för grafit är mycket begränsad, vid 372 milliampere timmar per gram, hindrar betydande framsteg inom batteriteknik, sa Vilas Pol, en docent i kemiteknik vid Purdue University.

Forskarna har utfört experiment med en "porös sammankopplad" tennoxidbaserad anod, som har nästan dubbelt så hög teoretisk laddningskapacitet som grafit. Forskarna visade att den experimentella anoden kan laddas på 30 minuter och fortfarande har en kapacitet på 430 milliampere timmar per gram (mAh g−1), vilket är större än den teoretiska maximala kapaciteten för grafit när den laddas långsamt under 10 timmar.

Anoden består av ett "beställt nätverk" av sammankopplade tennoxidnanopartiklar som skulle vara praktiskt för kommersiell tillverkning eftersom de syntetiseras genom att tillsätta tennalkoxidprekursorn i kokande vatten följt av värmebehandling, Sa Pol.

"Vi använder ingen sofistikerad kemi här, "Sade Pol." Detta är en mycket enkel snabb "tillagning" av en metall-organisk prekursor i kokande vatten. Prekursorföreningen är en fast tennalkoxid – ett material som är analogt med kostnadseffektiva och allmänt tillgängliga titaniumalkoxider. Det kommer säkert att bli fullt överkomligt i perspektivet av storskalig tillämpning som nämns av medarbetarna Vadim G. Kessler och Gulaim A. Seisenbaeva från Sveriges lantbruksuniversitet. "

Resultaten beskrivs i en artikel som publicerades i november i tidskriften Avancerade energimaterial .

När tennoxidnanopartiklar värms upp till 400 grader Celsius "sammansätts de" till ett nätverk som innehåller porer som gör att materialet kan expandera och dra ihop sig, eller andas, under laddnings-urladdningscykeln.

"Dessa utrymmen är mycket viktiga för denna arkitektur, ", sa Purdue postdoktoral forskningsassistent Vinodkumar Etacheri. "Utan den rätta porstorleken, och sammankoppling mellan individuella tennoxidnanopartiklar, batteriet slutar."

Forskningsdokumentet skrevs av Etacheri; Sveriges Lantbruksuniversitets forskare Gulaim A. Seisenbaeva, Geoffrey Daniel och Vadim G. Kessler; James Caruthers, Purdues Gerald och Sarah Skidmore professor i kemiteknik; Jean-Marie Nedelec, en forskare från Clermont Université i Frankrike; och Pol.