In een tijdperk waarin de vraag naar efficiënte en duurzame energieopslag op zijn hoogtepunt is, heeft een baanbrekende ontwikkeling van de School of Engineering and Applied Sciences van Harvard University een nieuwe benchmark op het gebied van batterijtechnologie gezet. De onderzoekers hebben een nieuwe lithiummetaalbatterij onthuld die in staat is om minimaal 6.000 lading- en ontladingscycli te weerstaan en met het vermogen om binnen enkele minuten volledig opgeladen te worden. Deze revolutionaire vooruitgang belooft niet alleen de manier waarop we batterijen gebruiken te transformeren, maar maakt ook de weg vrij voor meer praktische toepassingen in industrieën zoals elektrische voertuigen.
De kern van dit onderzoek ligt in de fabricage van vaste statenbatterijen met behulp van lithiummetaalanodes, een methode die nieuwe inzichten heeft aangeboden in materialen voor potentieel revolutionaire batterijen. De studie, onlangs gepubliceerd in "Nature Materials", benadrukt de belangrijke stappen die zijn gemaakt bij het begrijpen en gebruiken van lithiummetaalanodes. Xin Li, de auteur van het papier, merkte op: “Lithium metaalanodebatterijen worden beschouwd als de heilige graal van batterijen. Ze bezitten een capaciteit tien keer die van commerciële grafietanodes, waardoor het rijbereik van elektrische voertuigen aanzienlijk wordt vergroot. Ons onderzoek markeert een cruciale stap in de richting van meer praktische vaste statenbatterijen in industriële en commerciële toepassingen. ”
Een van de grootste uitdagingen bij het ontwerpen van deze batterijen is de vorming van dendrieten op het anodeoppervlak. Deze wortelachtige structuren groeien in de elektrolyt, die de barrière doorboren die de anode en kathode scheidt, wat leidt tot kortingscircuits van de batterij en zelfs branden. In 2021 hebben Li en zijn team dit probleem aangepakt door een meerlagige batterij te ontwerpen, waardoor verschillende materialen van verschillende stabiliteit tussen de anode en de kathode worden afgewisseld. Dit meerlagige, multimateriële ontwerp blokkeerde niet volledig lithiumdendrieten maar beheerste en bevatte hun penetratie.
In hun nieuwste onderzoek heeft het team verdere vooruitgang geboekt door siliciumdeeltjes ter grootte van een micrometer in de anode op te nemen. Deze benadering verkleint de lithiatiereactie en bevordert uniforme elektropanisatie van dik lithiummetaal, waardoor de vorming van dendriet effectief wordt voorkomen. Bovendien kunnen de electroplating- en stripprocessen snel optreden op vlakke oppervlakken, waardoor de batterij in slechts 10 minuten volledig kan worden opgeladen.
In de experimentele fase werden een zakbatterij de grootte van een postzegel, 10 tot 20 keer groter dan de meeste muntenbatterijen geproduceerd die in universitaire laboratoria worden geproduceerd. Opmerkelijk is dat deze batterij 80% van zijn capaciteit handhaafde, zelfs na 6000 cycli, wat beter presteerde dan andere zakbatterijen die momenteel op de markt zijn.
Deze innovatie van Harvard is meer dan alleen een academische prestatie; Het betekent een grote sprong voorwaarts in batterijtechnologie. Met zijn verbeterde capaciteit, veiligheid en efficiëntie, heeft de door Li en zijn team ontwikkelde lithiummetaalbatterij het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in energieopslag en -gebruik, met name in elektrische voertuigen, wat een belangrijke mijlpaal markeert in onze reis naar een duurzamere en energie-efficiënte toekomst.
Posttijd: jan-12-2024
