‚Arbeitspferd‘ Lithium-Batterie konnte stärkere dank neuen Entwurf sein

„Was wir jetzt haben [in der Lithium-Ionen-Batterie-Technologie] ist wirklich an den Grenzen auf seine Fähigkeiten,“ sagte Archer. „Die Lithium-Ionen-Batterie, die der Arbeitspferd geworden ist, wenn es neue Elektroniktechnologien antrieb, funktioniert an über 90 Prozent seiner theoretischen Speicherkapazität. Geringes Technikzwicken führt, um Batterien mit mehr Lagerung zu verbessern, aber dieses ist keine langfristige Lösung.“

„Sie benötigen eine Art radikale Denkrichtungsänderung,“ sagte er, „und dieses bedeutet, dass Sie fast zu Beginn beginnen müssen.“

Snehashis „Sne“ Choudhury, Ph.D. ‚18, hat gefunden, welchen Archer als eine „elegante“ Lösung zu einem grundlegenden Problem mit Akkus bezeichnet, die Energie-dichte metallische Lithiumanoden benutzen: manchmal-katastrophale Instabilität wegen der Dendriten, die Dorne des Lithiums sind, die von der Anode wachsen, während Ionen hin und her durch den Elektrolyt während des Vorwurfs und der Abklingzeiten reisen.

Wenn der Dendrit durch das Trennzeichen bricht und die Kathode erreicht, können das Kurzschließen und das Feuer auftreten. Festelektrolyte sind gezeigt worden, um Dendritwachstum, aber auf Kosten von schnellem Ionentransport mechanisch zu unterdrücken. Choudhurys Lösung: Begrenzen Sie Dendritwachstum durch die Struktur des Elektrolyts selbst, der chemisch gesteuert werden kann.

Unter Verwendung eines Reaktionsverfahrens die Archer-Gruppe, die im Jahre 2015 eingeführt wird, beschäftigen sie „querverbanden haarige nanoparticles“ -- eine Transplantation von Silikon nanoparticles und von functionalized Polymer (Polypropylenoxid) -- zu einen porösen Elektrolyt herzustellen der effektiv die Wegionen verlängert muss zur Reise von der Anode zur Kathode und zur Rückseite nehmen und das Leben der Anode drastisch erhöhen.

Ihr Papier, „Begrenzungsgalvanischer niederschlag von Metallen in strukturierten Elektrolyten,“ wurde in den Verfahren der National Academy of Sciences veröffentlicht. Choudhury und Dylan Vu -- steigendes Juniormajoring in der Industriechemie -- sind mit-erste Autoren.

Choudhury, der zur Universität von Stanford für seine Habilitationsarbeit vorangegangen wird, plante auch eine Methode für direkte Sichtbarmachung der inneren Funktionen ihrer experimentellen Batterie. Die Gruppe bestätigte theoretische Vorhersagen über Dendritwachstum mit Choudhurys Gerät.

„Dieses ist etwas, das ich wollte für tun habe, schätze ich, die drei Lebenszeiten Ph.D.-Studenten,“ sagte Archer, der in Cornell seit 2000 gewesen ist, mit einem Lachen. „Welches Sne in der Lage war zu tun, eine, Zelle zu entwerfen war, die uns zu, sehr elegant, sichtbar machen erlaubte, was an der Lithiummetallschnittstelle auftritt und jetzt uns die Fähigkeit gab, über theoretische Vorhersagen hinauszugehen.“

Eine andere Neuheit dieser Arbeit, sagte Archer, „wirft etwas eines Kanons“ in der Batteriewissenschaft um. Sie ist gehaltenes, dass, um Dendritwachstum zu unterdrücken, das Trennzeichen innerhalb der Batterie als das Metall stärker sein muss, das sie versucht zu unterdrücken, aber Choudhurys poröses Polymertrennzeichen langes -- mit durchschnittlichen Porengrößen unterhalb 500 Nanometer -- wurden gezeigt, um das Wachstum festzunehmen.