Nieuws

Onderzoekers maken een met grafeen doordrenkte batterijcomponent van de volgende generatie

Onderzoekers maken een met grafeen doordrenkte batterijcomponent van de volgende generatie



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Een team van onderzoekers van Brown University heeft een manier ontdekt om grafeen te gebruiken om de taaiheid te verdubbelen van een keramisch materiaal dat wordt gebruikt om vaste lithium-ionbatterijen te maken.

De methode heeft het potentieel om de voordelen van solid-state batterijen, die de vloeibare elektrolyten in huidige batterijen vervangen, naar de massamarkt te brengen.

GERELATEERD: GRAPHENE ZAL BINNENKORT DE METALEN LEIDINGEN AFSCHERMEN VAN BIJTENDE BACTERIËN

Solid-state lithium-ionbatterijen

De afgelopen weken hebben we nieuws gezien over natrium-ionbatterijen en een nieuwe kwantumfase-batterij voor kwantumcomputers. Nu biedt een nieuwe strategie voor het creëren van een veiligere en sterkere solid-state lithium-ionbatterij een nieuwe innovatie in de snelgroeiende wereld van elektronische apparaten, voertuigen en batterijcomponenten.

"Er is enorme belangstelling om de vloeibare elektrolyten in de huidige batterijen te vervangen door keramische materialen, omdat ze veiliger zijn en een hogere energiedichtheid kunnen bieden", legt Christos Athanasiou, een postdoctoraal onderzoeker aan Brown's School of Engineering en hoofdauteur van het onderzoek, uit in een pers. vrijlating.

"Tot dusverre heeft onderzoek naar vaste elektrolyten zich gericht op het optimaliseren van hun chemische eigenschappen. Met dit werk richten we ons op de mechanische eigenschappen, in de hoop ze veiliger en praktischer te maken voor wijdverbreid gebruik."

Het probleem met vloeibare elektrolyten

De elektrolyt van een batterij is de barrière tussen de kathode en de anode van een batterij waar lithiumionen doorheen stromen tijdens het opladen of ontladen. Hoewel vloeibare elektrolyten redelijk goed werken en tegenwoordig in de meeste batterijen worden aangetroffen, vormen ze toch een paar problemen.

Bij hoge stromen kunnen zich kleine filamenten van lithiummetaal vormen in de elektrolyten, waardoor batterijen kortsluiting kunnen veroorzaken. Het feit dat vloeibare elektrolyten licht ontvlambaar zijn, maakt ze ook gevaarlijk, aangezien kortsluiting tot brand kan leiden.

Een van de belangrijkste voordelen van vaste keramische elektrolyten is dat ze niet ontvlambaar zijn. Ze kunnen ook de vorming van lithiumfilamenten voorkomen, waardoor batterijen met hogere stromen kunnen werken.

Werken met keramiek

Om de uitdaging van het werken met keramiek, die zeer broos is en tijdens het fabricageproces kan breken, te overwinnen, wilden de onderzoekers zien of het infunderen van een keramiek met grafeen - een supersterk op koolstof gebaseerd nanomateriaal - de taaiheid zou verhogen. van het materiaal en tegelijkertijd de elektronische eigenschappen behouden die nodig zijn voor de elektrolytfunctie.

Daartoe werkte Athanasiou samen met Brown engineering professoren Brian Sheldon en Nitin Padture, die jarenlange ervaring hebben met het gebruik van nanomaterialen om keramiek harder te maken voor gebruik in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

'Je wilt dat de elektrolyt ionen geleidt, niet elektriciteit', zei Padture. "Grafeen is een goede elektrische geleider, dus mensen denken misschien dat we onszelf in de voet schieten door een geleider in onze elektrolyt te stoppen. Maar als we de concentratie laag genoeg houden, kunnen we voorkomen dat grafeen geleidt, en krijgen we nog steeds de structureel voordeel. "

Meer dan het dubbele van de taaiheid

Experimenten toonden aan dat het grafeen de elektrische eigenschappen van het materiaal niet verstoorde en dat het composiet een meer dan tweevoudige toename in taaiheid vertoonde in vergelijking met het keramiek alleen.

Al met al de resultaten van de studie, die in het tijdschrift werd gepubliceerd Er toe doen, laten zien dat nanocomposieten een middel kunnen zijn om veiligere vaste elektrolyten te maken met mechanische eigenschappen die kunnen worden gebruikt in alledaagse apparaten en apparaten.

In de toekomst wil de groep andere nanomaterialen dan grafeen en verschillende soorten keramische elektrolyt testen.

"Voor zover wij weten, is dit de sterkste vaste elektrolyt die iemand tot nu toe heeft gemaakt", zei Sheldon. "Ik denk dat we hebben laten zien dat het veel beloven is om deze composieten in batterijtoepassingen te gebruiken."


Bekijk de video: Rasenmähertest: Akku gegen Benziner (September 2022).