Een onderzoeksteam van het departement Energie en Milieutechnologie van DGIST, onder leiding van hoofdonderzoeker Kim Jae-hyun, ontwikkelde een lithium-metaalbatterij met behulp van een "vaste polymeerelektrolyt met drie lagen". Deze innovatie verbetert de brandveiligheid aanzienlijk en verlengt de levensduur van de batterij, waardoor het een veelbelovende oplossing wordt in elektrische voertuigen en grootschalige energieopslagsystemen.
De drielaagse vaste polymeerelektrolytcel van DGIST verbetert de veiligheid, efficiëntie en duurzaamheid en lost dendrietproblemen op, terwijl de prestatie van 87,9% behouden blijft na 1.000 cycli. Er wordt verwacht dat het op verschillende gebieden zal worden gebruikt, waaronder elektrische voertuigen en energieopslagsystemen.
Conventionele vaste-polymeer-elektrolytbatterijen worden geconfronteerd met uitdagingen als gevolg van structurele beperkingen die een optimaal contact tussen de elektroden verhinderen. Deze beperkingen lossen het probleem van de "dendrieten" niet op: de vorming van dendritisch lithium dat optreedt tijdens herhaalde laad- en ontlaadcycli. Dendritische uitsteeksels vormen een ernstig veiligheidsrisico omdat hun onregelmatige groei de batterijverbindingen kan beschadigen, wat kan leiden tot brand of explosies.
Daarom ontwikkelde het onderzoeksteam een elektrolyt met een drielaagse structuur om deze problemen op te lossen. Elke laag heeft een andere functie, waardoor de veiligheid en efficiëntie van de batterij aanzienlijk worden verbeterd. Deze elektrolyt gebruikt "decabroomdifenylethaan (DBDPE)" om brand te voorkomen, "zeoliet" om de sterkte van de elektrolyt te vergroten, en een hoge concentratie lithiumzout "lithium bis (trifluormethaansulfonyl)imide (LiTFSI)" om de snelle beweging van lithiumionen te bevorderen.
Deze drielaagse vaste elektrolyt heeft een sterke middenlaag die de mechanische sterkte van de batterij verbetert, terwijl een zacht buitenoppervlak zorgt voor een goed elektrodecontact en de beweging van lithiumionen vergemakkelijkt. Dit versnelt de beweging van lithiumionen, verbetert de energieoverdrachtssnelheid en voorkomt effectief de vorming van dendrieten.
Uit experimentele resultaten blijkt dat de door het onderzoeksteam ontwikkelde batterij na 1000 laad- en ontlaadcycli nog steeds ongeveer 87,9% van zijn prestaties kan behouden. Vergeleken met traditionele batterijen die doorgaans slechts 70-80% van hun prestaties behouden, is de duurzaamheid aanzienlijk verbeterd. Bovendien is het zelfdovend in geval van brand, waardoor het risico op brand aanzienlijk wordt verminderd. De batterijen zullen naar verwachting in alles worden gebruikt, van kleine apparaten zoals smartphones en wearables tot elektrische voertuigen en grote energieopslagsystemen.
"Dit onderzoek zal naar verwachting een belangrijke bijdrage leveren aan de commercialisering van lithium-metaalbatterijen met behulp van [vaste polymeer] elektrolyten, terwijl de stabiliteit en efficiëntie van [energie] opslagapparaten worden verbeterd," zei Dr. Jin.
DOI:10.1002/klein.202406200
Samengesteld uit /scitechdaily