Hur länge batteriet på din telefon eller dator räcker beror på hur många litiumjoner som kan lagras i batteriets negativa elektrodmaterial. Om batteriet tar slut på dessa joner, det kan inte generera en elektrisk ström för att köra en enhet och slutligen misslyckas.

Material med högre litiumjonlagringskapacitet är antingen för tunga eller fel form för att ersätta grafit, elektrodmaterialet som för närvarande används i dagens batterier.

Forskare och ingenjörer vid Purdue University har introducerat ett potentiellt sätt att dessa material kan omstruktureras till en ny elektrodesign som gör att de kan öka batteriets livslängd, göra den mer stabil och förkorta laddningstiden.

Studien, visas som omslaget till septembernumret av Tillämpade nanomaterial , skapat en nätliknande struktur, kallas en "nanokedja, "av antimon, en metalloid som är känd för att öka litiumjonladdningskapaciteten i batterier.

Forskarna jämförde nanokedjeelektroderna med grafitelektroder, upptäckte att när myntcellsbatterier med nanokedjelektroden bara laddades i 30 minuter, de uppnådde dubbla litiumjonkapaciteten för 100 laddningsurladdningscykler.

Vissa typer av kommersiella batterier använder redan kol-metallkompositer som liknar antimonmetallnegativa elektroder, men materialet tenderar att expandera upp till tre gånger när det tar i litiumjoner, vilket gör att det blir en säkerhetsrisk när batteriet laddas.

"Du vill rymma den typen av expansion i dina smartphone -batterier. På så sätt bär du inte med dig något osäkert, "sa Vilas Pol, en Purdue docent i kemiteknik.

Genom att applicera kemiska föreningar - ett reduktionsmedel och ett kärnbildande medel - kopplade Purdue -forskare de små antimonpartiklarna till en nanokedjeform som skulle rymma den nödvändiga expansionen. Det specifika reduktionsmedel laget använde, ammoniak-boran, är ansvarig för att skapa de tomma utrymmen - porerna inuti nanokedjan - som rymmer expansion och undertrycker elektrodfel.

Teamet applicerade ammoniak-boran på flera olika föreningar av antimon, fann att endast antimonklorid producerade nanokedjestrukturen.

"Vår procedur för att göra nanopartiklarna ger konsekvent kedjestrukturer, "sa P. V. Ramachandran, professor i organisk kemi vid Purdue.

Nanokedjan håller också litiumjonkapaciteten stabil under minst 100 laddnings-urladdningscykler. "Det finns i princip ingen förändring från cykel 1 till cykel 100, så vi har ingen anledning att tro att cykel 102 inte kommer att vara densamma, "Sa Pol.

Henry Hamann, en kemistudent på Purdue, syntetiserade antimon -nanokedjestrukturen och Jassiel Rodriguez, en Purdue kemiteknik postdoktor, testat den elektrokemiska batteriets prestanda.

Elektroddesignen har potential att vara skalbar för större batterier, säger forskarna. Teamet planerar att testa designen i påsbatterier härnäst.