Ett internationellt forskarteam har hittat ett sätt att förbättra batteridesignen som kan ge säkrare och kraftfullare litiumbatterier.
Teamet använde kvasi-elastisk neutronspridning vid Oak Ridge National Laboratory för att sätta det första riktmärket, en nanosekund – eller en miljarddels sekund – för en blandning av litiumsalt och en organisk polymerelektrolyt.
Arbetet publiceras i tidskriften Nature Materials.
”Allt handlar om att studera material”, säger Eugene Mamontov, gruppledare för kemisk spektroskopi vid ORNL. ”Och polymerelektrolyter kommer inte att fatta eld på samma sätt som flytande elektrolyter gör i litiumbatterier.”
Teamet använde neutrontekniken för att validera datorsimuleringar, vilket avslutade en långvarig debatt om hur lång tid det tar för litiumjoner att bryta sig loss från små burar som skapats av polymerelektrolyter. Den hastighet med vilken joner i ett batteri frigörs från sådana miljöer, eller solvationsburar i polymerelektrolyter, hjälper till att avgöra hur energin flödar genom batteriet. Polymerelektrolyter skulle kunna möjliggöra mer energitäta elektroder, som litiummetall, vilket skulle resultera i kraftfullare litiumbatterier.
Resultaten öppnar också dörrar för snabb screening av nya batterimaterial vid ORNL. ”Neutroner är mycket känsliga för väte, som finns i praktiskt taget alla elektrolyter. Detta gjorde det möjligt för oss att se hur det rörde sig i systemet och förstå polymerelektrolytens dynamik på en aldrig tidigare skådad detaljnivå. Vi hade inte kunnat fastställa tid och längd på något annat sätt”, säger Naresh Osti, forskare inom neutronspridning vid ORNL.
”Naresh och Eugenes tolkning av neutrondata från experimentet vid ORNL öppnade våra ögon för att förstå i vilken utsträckning litiumjoner är inkapslade i polymerelektrolyter. Våra resultat tyder på att detta generella tillvägagångssätt kommer att gälla för flytande elektrolyter”, säger Nitash Balsara, Charles W. Tobias professor i elektrokemi vid University of California, Berkeley.
Ytterligare information: Neel J. Shah et al, Nanosecond solvation dynamics in a polymer electrolyte for lithium batteries, Nature Materials (2024). DOI: 10.1038/s41563-024-01834-y
Lämna ett svar