Forskare i Sydkorea har utvecklat en batteridesign som kan hjälpa elbilar att köra längre, samtidigt som batteripaketen blir mindre och lättare. ”Teknologin löser ett stort problem som har hindrat kraftfulla ’anodfria’ batterier från att hålla tillräckligt länge för daglig användning.
Studien leddes av professorerna Jinwoo Lee och Hee-Tae Jung vid KAIST, i samarbete med forskare från Kyungpook National University och National NanoFab Center.
Resultaten publicerades i tidskriften Advanced Functional Materials.
De flesta litiumjonbatterier innehåller en anod av grafit. Under laddning rör sig litium in i grafiten, där det lagras tills batteriet tas i bruk.
Anodfria batterier tar bort detta grafitlager. Istället deponeras litium direkt på en tunn kopparfolie under laddning. Att ta bort grafit sparar plats och vikt, vilket gör att ett batteri av samma storlek kan lagra mer energi.
Detta kan vara särskilt användbart för elbilar. Ett lättare batteri kan förbättra räckvidden, medan ett mindre batteri kan ge bilkonstruktörer större flexibilitet.
Dock har anodfria batterier en allvarlig svaghet. Litium fördelas inte alltid jämnt över kopparytan. Det kan växa till vassa, grenliknande strukturer som kallas dendriter vid upprepad laddning och urladdning.
Dessa strukturer minskar batteriets prestanda och kan skada det skyddande lagret runt litiumet. Resultatet är att batteriet förlorar kapacitet och slits ut för snabbt.
Tidigare försök att lösa problemet innebar ofta att tillsätta extra litium eller applicera en tjock skyddande beläggning över ytan. Även om dessa metoder kan förlänga batteriets livslängd, gör de det också tyngre och större. Det tar bort mycket av fördelen med en anodfri design.
KAIST-ledda teamet valde en annan metod. Med en tillverkningsmetod som också används inom halvledarindustrin skapade forskarna rader av mikroskopiska rörformade strukturer på kopparfolien.
Rören var cirka 300 nanometer breda och 150 nanometer höga. Dessa små strukturer ökade den tillgängliga ytan till ungefär fyra gånger så stor som vanlig platt koppar.
Designen fungerar som att lägga till noggrant markerade parkeringsplatser på en tom parkeringsplats. Det ger litium många jämnt fördelade platser att sätta sig på, vilket minskar risken att det samlas på ett ställe och växer till farliga taggar.
Forskarna lade också till ett extremt tunt lager av MX-skivorna, ett tvådimensionellt material. Beläggningen var bara cirka 10 nanometer tjock – eller tusentals gånger tunnare än ett människohår.
MX-motorerna fungerar inte som det sista skyddslagret. Istället fungerar de mer som en primer, som uppmuntrar batteriet att bilda ett eget starkt och till och med skyddande lager rikt på litiumfluorid.
Detta skyddande lager minskar oönskade kemiska reaktioner och begränsar ytterligare skarp litiumtillväxt. Detaljerade bilder och kemiska tester bekräftade att det bildades jämnt längs den behandlade ytan.
Professor Lee säger att studien visar att mycket precisa tillverkningsmetoder för halvledare kan kontrollera var litium deponeras, utan att tillsätta överskott av litium eller byta ut huvudbatteriets vätska.
Resultaten är lovande, men teknologin kommer fortfarande att behöva testas i större skala under verkliga körförhållanden. Om den fortsätter att prestera bra kan den föra lättare, mer hållbara anodfria batterier närmare kommersiella elbilar.
Popidol: Nolans Odysséen slår Universals rekord för mest inkomstbringande film
