I motsetning til Li-ion-batterier, som bruker interkalasjonsmekanismen for å flytte Li-ioner inn og ut av grafittanoden for å produsere energi, bruker Li-metallbatterier metallisk Li som anode i stedet for den klumpete og tunge grafitten. Siden Li-metall viser en ti ganger høyere teoretisk kapasitet (3,860 mAh/g) enn grafitt (372 mAh/g), har den stadig fått mye oppmerksomhet fra områder som trenger høy kapasitet batterier.
Til tross for denne fordelen, kan Li vokse til en grenlignende struktur kjent som en Li-dendritt hvis den ikke lagres jevnt og effektivt under sykkelprosessen. Dette forårsaker en betydelig volumutvidelse av elektrode, som reduserer batteriets levetid og øker risikoen for sikkerhetsproblemer som brann og eksplosjon forårsaket av interne kortslutninger.
For å takle dette problemet har forskere ved Next-Generation Battery Research Center of Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) utviklet 1D Li-confinable porøs karbonstruktur. Strukturen deres består av en hul kjerne, og et lite antall gullnanopartikler med Li-affinitet ble lagt til den hule kjernen.
Ved å fortrinnsvis samhandle med Li, kontrollerer gullet vekstretningen til Li og får Li til å samle seg inne i kjernen. Tallrike porer i nanostørrelse genereres også i skallet for å øke Li-ion-bevegelsen mot kjernerommet.
Ved å generere tallrike porer i nanostørrelse i skallet, oppnådde forskerne betydelig forbedret coulombisk effektivitet uten Li-dendritvekst selv under en høystrøms testtilstand på 5 mA/cm2.
Forskere samarbeidet med prof. Janghyuk Moon ved Chung-Ang University for teoretisk validering av effektiviteten til dette materialets design. Simuleringsresultatet viste at skallporene reduserte Li-ion-diffusjonslengden og forbedret Li-affiniteten ved at gullnanopartikler holder Li-avsetningen inne i strukturen selv under høystrøms ladeforhold.
Den utformede Li-verten ble også funnet å ha utmerket sykkelytelse på over 500 sykluser under en høy strømtetthet på 4C.
Forskere bemerket, "Denne teknologien møter praktisk fordi teamet brukte elektrospinningsteknikken med fordeler i masseproduksjon for materialsyntese."
Dr. Byung Gon Kim ved Next-Generation Battery Research Center i KERI sa, "Til tross for fordelene ved høy kapasitet, har Li-metall-batteriene mange hindringer som må overvinnes for kommersialisering, hovedsakelig på grunn av stabilitet og sikkerhetsproblemer. Studien vår er uvurderlig fordi vi utviklet en teknikk for masseproduksjon av Li-metallreservoar med høy coulombisk effektivitet for hurtigoppladbare Li-metallbatterier."
Tidsreferanse:
- Dong Woo Kang, Seong Soo Park, et al. Endimensjonale porøse Li-Confinable Verter for høyhastighets og stabile Li-Metal-batterier. ACS Nano 2022, 16, 8, 11892–11901. GJØR JEG: 10.1021 / acsnano.2c01309
