En touch av asfalt kan vara hemligheten bakom litiummetallbatterier med hög kapacitet som laddas 10 till 20 gånger snabbare än kommersiella litiumjonbatterier, enligt Rice University-forskare.

Rice-labbet av kemisten James Tour utvecklade anoder bestående av poröst kol tillverkat av asfalt som visade exceptionell stabilitet efter mer än 500 laddnings-urladdningscykler. En högströmstäthet på 20 milliampere per kvadratcentimeter visade materialets löfte för användning i snabbladdnings- och urladdningsenheter som kräver hög effekttäthet. Fyndet rapporteras i tidskriften American Chemical Society ACS Nano .

"Kapaciteten hos dessa batterier är enorm, men det som är lika anmärkningsvärt är att vi kan ta dem från noll laddning till full laddning på fem minuter, snarare än de typiska två timmarna eller mer som behövs med andra batterier, " sa Tour.

Tour-labbet använde tidigare ett derivat av asfalt – specifikt, obehandlad gilsonit, samma typ som används för batteriet – för att fånga upp växthusgaser från naturgas. Den här gången, forskarna blandade asfalt med ledande grafen-nanorband och belade kompositen med litiummetall genom elektrokemisk avsättning.

Labbet kombinerade anoden med en sulfuriserad kolkatod för att göra fulla batterier för testning. Batterierna visade en hög effekttäthet på 1, 322 watt per kilogram och hög energitäthet på 943 wattimmar per kilogram.

Tester avslöjade en annan betydande fördel:Kolet mildrade bildandet av litiumdendriter. Dessa mossiga avlagringar invaderar ett batteris elektrolyt. Om de sträcker sig tillräckligt långt, de kortsluter anoden och katoden och kan göra att batteriet går sönder, fatta eld eller explodera. Men det asfaltbaserade kolet förhindrar all dendritbildning.

Ett tidigare projekt av labbet fann att en anod av grafen och kolnanorör också förhindrade bildandet av dendriter. Tour sa att den nya kompositen är enklare.

"Medan kapaciteten mellan det tidigare och detta nya batteriet är liknande, närmar sig den teoretiska gränsen för litiummetall, det nya asfaltutvunna kolet kan ta upp mer litiummetall per ytenhet, och det är mycket enklare och billigare att göra, " sa han. "Det finns inget kemiskt ångavsättningssteg, inget e-beamdeponeringssteg och inget behov av att odla nanorör från grafen, så tillverkningen är avsevärt förenklad."