Rice-universitetets doktorand Gladys López-Silva har en litiummetallanod med en film av kolnanorör. När filmen är fäst, den infiltreras av litiumjoner och blir röd. Upphovsman:Jeff Fitlow/Rice University
Forskare från Rice University räknar med filmer av kolnanorör för att göra kraftfulla, snabbladdade litiummetallbatterier en logisk ersättning för vanliga litiumjonbatterier.
Rice lab av kemisten James Tour visade tunna nanorörfilmer som effektivt stoppar dendriter som växer naturligt från oskyddade litiummetallanoder i batterier. Över tid, dessa tentakelliknande dendriter kan genomborra batteriets elektrolytkärna och nå katoden, gör att batteriet går sönder.
Det problemet har både dämpat användningen av litiummetall i kommersiella tillämpningar och uppmuntrat forskare över hela världen att lösa det.
Litiummetall laddas mycket snabbare och rymmer cirka 10 gånger mer energi i volym än litiumjonelektroderna som finns i nästan varje elektronisk enhet, inklusive mobiltelefoner och elbilar.
"Ett av sätten att sakta ner dendriter i litiumjonbatterier är att begränsa hur snabbt de laddar, "Tour sa." Folk gillar inte det. De vill kunna ladda sina batterier snabbt. "
Rislagets svar, detaljerad i Avancerade material , det är enkelt, billigt och mycket effektivt för att stoppa dendrittillväxt, Tour sa.
"Det vi har gjort visar sig vara väldigt enkelt, "sa han." Du täcker bara en litiummetallfolie med en flerväggad kolnanorörfilm. Litiumet doppar nanorörfilmen, som blir från svart till rött, och filmen diffunderar i sin tur litiumjonerna. "
Mikroskopbilder av litiummetallanoder efter 500 laddnings-/urladdningscykler i tester vid Rice University visar att tillväxten av dendriter släcks i anoden till vänster, skyddad av en film av kolnanorör. Den oskyddade litiummetallanoden till höger visar tecken på dendrittillväxt. Kredit:Tour Group/Rice University
"Fysisk kontakt med litiummetall minskar nanorörfilmen, men balanserar det genom att tillsätta litiumjoner, "säger Rice postdoktoral forskare Rodrigo Salvatierra, medförfattare av tidningen med doktorand Gladys López-Silva. "Jonerna fördelar sig genom nanorörfilmen."
När batteriet används, filmen tömmer lagrade joner och den underliggande litiumanoden fyller på den, bibehåller filmens förmåga att stoppa dendrittillväxt.
Rice University -kemisten James Tour, vänster, doktorand Gladys López-Silva och postdoktor Rodrigo Salvatierra använder en film av kolnanorör för att förhindra dendrittillväxt i litiummetallbatterier, som laddar snabbare och håller mer ström än nuvarande litiumjonbatterier. Upphovsman:Jeff Filtow/Rice University
Den trassliga nanorörfilmen släckte effektivt dendriter över 580 laddnings-/urladdningscykler för ett testbatteri med en sulfuriserad kolkatod som labbet utvecklat i tidigare experiment. Forskarna rapporterade att hela litiummetallcellerna behöll 99,8 procent av sin coulombiska effektivitet, måttet på hur väl elektroner rör sig inom ett elektrokemiskt system.
