Een onderzoeksteam van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), onder leiding van Dr. Kim Jae-hyun, heeft een innovatieve metalen lithiumbatterij ontwikkeld met een vaste stof-elektrolyt van drie lagen die belooft de veiligheid en efficiëntie van huidige batterijen te verbeteren. Deze vooruitgang zou sectoren zoals elektrische voertuigen (EV), draagbare elektronische apparaten en grootschalige energieopslagsystemen kunnen revolutioneren.
Het probleem met conventionele batterijen
Batterijen met een vaste stof-elektrolyt worden beschouwd als een veilig alternatief voor traditionele lithiumbatterijen, maar ze kennen structurele beperkingen die hun efficiëntie beïnvloeden. Een van de meest kritieke problemen is de vorming van dendriet, boomachtige structuren die groeien tijdens laad- en ontlaadcycli, wat interne onderbrekingen veroorzaakt en, in extreme gevallen, brand of explosies.
De oplossing van de vaste stof-elektrolyt van drie lagen
Het DGIST-team heeft deze uitdagingen aangepakt door een vaste stof-elektrolyt met drie lagen te ontwikkelen, waarbij elke laag een specifieke rol speelt om de stabiliteit, duurzaamheid en prestaties van de batterij te verbeteren:
- Brandpreventie: Er werd decabromodifenylethaan (DBDPE), een brandvertrager, gebruikt om brandrisico’s te verminderen.
- Meer mechanische sterkte: De toevoeging van zeoliet verhoogt de structurele soliditeit van de elektrolyt.
- Verbetering van ionenmobiliteit: Er werd een hoge concentratie LiTFSI (lithium bis trifluoromethanesulfonyl imide) toegevoegd om snelle beweging van lithium-ionen te vergemakkelijken.
Deze structuur combineert een sterke centrale laag voor extra mechanische sterkte en zachte buitenlagen die zorgen voor een uitstekende contact met de elektrode, waardoor de stroom van lithium-ionen verbetert en de vorming van dendriet vermindert.
Uitstekende resultaten in prestaties en veiligheid
In laboratoriumtests toonde de door DGIST ontwikkelde metalen lithiumbatterij indrukwekkende resultaten:
- Duurzaamheid: Het behield 87,9% van zijn prestaties na 1000 laad- en ontlaadcycli, beter dan traditionele batterijen, die doorgaans tussen de 70% en 80% van hun capaciteit behouden.
- Veiligheid tegen brand: De batterij kan zichzelf blussen in geval van brand, waardoor de aan thermische storingen gerelateerde risico’s aanzienlijk verminderen.
Potentiële toepassingen
Deze vooruitgang heeft implicaties voor een breed scala aan industrieën. Van kleine apparaten zoals smartphones en wearables tot elektrische voertuigen en grootschalige energieopslagsystemen, batterijen met een vaste stof-elektrolyt van drie lagen bieden een veelbelovende oplossing om de veiligheid en prestaties in moderne toepassingen te verbeteren.
Dr. Kim verklaarde: “Dit onderzoek heeft het potentieel om aanzienlijk bij te dragen aan de commercialisering van metalen lithiumbatterijen met vaste stof-elektrolyten, stabiliteit en efficiëntie voor energieopslagapparaten biedend.”
Samenwerking en publicatie
Het project werd gefinancierd door de Nationale Onderzoeksstichting van Korea, via het programma voor de ontdekking van materialen van de toekomst en het mid-career onderzoeksprogramma. De bevindingen zijn uitgelicht als coverartikel in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Small, uitgegeven door Wiley.
De ontwikkeling van deze batterij met een vaste stof-elektrolyt van drie lagen markeert een belangrijke stap richting de toekomst van energieopslagtechnologieën, door een veiligere, duurzamere en efficiëntere oplossing te bieden. Deze vooruitgang zou de overgang naar betrouwbaardere elektrische voertuigen en duurzame energiesystemen kunnen versnellen, een sleutelrol spelend in de wereldwijde energierevolutie.
via: dgist