Ett internationellt forskarlag har vid Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i Tennessee, USA, i en banbrytande studie etablerat en ny metod för att mäta hur snabbt litiumjoner kan frigöra sig från polymerbaserade elektrolyter.
Denna upptäckt är avgörande för utvecklingen av säkrare och mer effektiva litiumbatterier. Med hjälp av kvasi-elastisk neutronspridning kunde forskarna för första gången spåra litiumjonernas rörelser på nanosekundsnivå, det vill säga en miljarddels sekund.
Ett säkrare alternativ
Eugene Mamontov, ledare för gruppen för kemisk spektroskopi vid ORNL, betonade vikten av studien och förklarade att de fokuserade på en säkrare typ av elektrolyt bestående av en blandning av litiumsalt och en organisk polymer. Denna blandning utgör ett säkrare alternativ till de traditionella flytande elektrolyterna som innebär en brandrisk i litiumbatterier. Den nya metoden lovade även förbättringar i batteriets kraftutveckling.
Tidigare oöverträffad insyn
Forskarna kunde genom sin teknik observera hur vätgas, som är särskilt känsligt för neutroner, rörde sig inom elektrolyten. Detta gav en tidigare oöverträffad insyn i polymerbaserade elektrolyters dynamik och bekräftade befintliga datorsimuleringar. De löste också en långvarig debatt om hur lång tid det tar för litiumjoner att bryta sig loss från de små "burar" som bildas av polymerbaserade elektrolyter.
Förståelsen av denna frisättningshastighet är kritisk, då den direkt påverkar hur energi flödar genom batteriet. Snabbare frisättning av joner kan leda till utveckling av energitätare elektroder, såsom de gjorda av litiummetall, vilket avsevärt skulle kunna förbättra batteriets prestanda.
Metoden kan tillämpas på flytande elektrolyter
Naresh Osti, en forskare inom neutronspridning vid ORNL, underströk metoden unika förmåga att detaljerat fastställa tid och längd för jonernas rörelse, något som inte hade varit möjligt med andra metoder. Denna framgång öppnar inte bara för bättre förståelse av polymerbaserade elektrolyter utan också för möjligheten att tillämpa metoden på flytande elektrolyter.
Nitash Balsara, professor i elektrokemi vid University of California, Berkeley, spekulerade i de bredare implikationerna av deras resultat. Han framhöll att deras forskningsansats sannolikt kan tillämpas även på flytande elektrolyter, vilket signalerar stora framsteg mot mer robusta och tillförlitliga energilagringslösningar.
Källor: Daily Science / Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Tennesee, USA