Bateria litowa "Workhorse" może być mocniejsza dzięki nowemu projektowi

"To, co mamy teraz [w technologii akumulatorów litowo-jonowych], faktycznie znajduje się w granicach swoich możliwości", powiedział Archer. "Akumulator litowo-jonowy, który stał się głównym źródłem zasilania dla nowych technologii elektronicznych, działa na ponad 90 procentach teoretycznej pojemności pamięci. Drobne modyfikacje techniczne mogą prowadzić do lepszych akumulatorów z większą pamięcią, ale to nie jest długoterminowe rozwiązanie . "

"Potrzebujesz radykalnej zmiany sposobu myślenia" - powiedział - "a to oznacza, że ​​musisz zacząć od początku."

Snehashis "Sne" Choudhury, Ph.D. 18, wymyślił to, co Archer określa jako "eleganckie" rozwiązanie podstawowego problemu z akumulatorami, w których używa się gęsto naładowanych metalicznych anod litowych: czasami katastrofalna niestabilność spowodowana przez dendryty, które są kolcami litu, które wyrastają z anody jako jony przemieszczają się tam i z powrotem przez elektrolit podczas cykli ładowania i rozładowywania.

Jeśli dendryt przenika przez separator i dociera do katody, może wystąpić zwarcie i pożar. Stwierdzono, że stałe elektrolity tłumią mechanicznie wzrost dendrytów, ale kosztem szybkiego transportu jonów. Rozwiązanie Choudhury'ego: Ogranicz wzrost dendrytu przez strukturę samego elektrolitu, który można kontrolować chemicznie.

Stosując procedurę reakcji wprowadzoną przez grupę Archer w 2015 r., Wykorzystują one "usieciowane owłosione nanocząstki" - przeszczep nanocząstek krzemionki i sfunkcjonalizowanego polimeru (tlenek polipropylenu) - w celu wytworzenia porowatego elektrolitu, który skutecznie wydłuża drogę, jony muszą aby przejść od anody do katody iz powrotem, znacznie zwiększając żywotność anody.

Ich artykuł zatytułowany "Ograniczanie elektropowietrzania metali w strukturowanych elektrolitach" został opublikowany w Proceedings of National Academy of Sciences . Choudhury i Dylan Vu - wschodząca młodzież na kierunku inżynieria chemiczna - są pierwszymi autorami.

Choudhury, który udaje się do Stanford University na swoją pracę habilitacyjną, opracował również metodę bezpośredniej wizualizacji wewnętrznego działania swojej baterii eksperymentalnej. Grupa potwierdziła teoretyczne przewidywania dotyczące wzrostu dendrytów za pomocą urządzenia Choudhury'ego.

"To jest coś, co chciałem zrobić, jak sądzę, przez trzy życia studenckie doktorantów", powiedział Archer, który pracuje w Cornell od 2000 roku ze śmiechem. "Co Sne był w stanie zrobić, to zaprojektować komórkę, która pozwoliła nam, bardzo elegancko, zwizualizować to, co dzieje się na interfejsie litowo-metalowym, dając nam teraz możliwość wyjścia poza teoretyczne przewidywania."

Inną nowością tego dzieła, powiedział Archer, jest "obalenie czegoś z kanonu" w naukach o akumulatorach. Od dawna uważano, że w celu powstrzymania wzrostu dendrytów separator wewnątrz baterii musi być mocniejszy niż metal, który próbuje tłumić, ale porowaty polimerowy separator Choudhury'ego - o średniej wielkości porów poniżej 500 nanometrów - został zatrzymany wzrost.