Forskere ved Hanyang University i Seoul har udviklet en ny måde at øge ydeevnen og holdbarheden af batterier, der bruges i forskellige elektroniske enheder og køretøjer. Deres teknik består i at vaske og belægge batterikatoderne med en speciel løsning.
Batterier er nødvendige for at drive mange moderne gadgets og maskiner, fra smartphones og bærbare computere til elbiler og robotter. En af de største udfordringer, som batteriudviklere står over for, er at øge energitætheden og holdbarheden af battericeller, især dem, der bruger høj-nikkel (Ni) materialer som katoder.
Høj nikkel katoder har mange fordele såsom høj kapacitet og lave omkostninger. Men de har også en betydelig ulempe - en tendens til hurtig nedbrydning på grund af deres høje reaktivitet over for interaktion med miljøet. Dette fører til dannelsen af uønskede lithiumforbindelser på katodens overflade og skadelige sidereaktioner med elektrolytten - væsken, der transporterer den elektriske ladning inde i batteriet.
For at overvinde dette problem har forskere udviklet en enkel, men effektiv løsning: vask af katoderne med vand, der indeholder opløste kobolt (Co) ioner. Denne proces fjerner overskydende lithium fra katodeoverfladen og skaber et tyndt, ensartet, koboltrigt lag, der fungerer som et beskyttende skjold. Dette lag forhindrer katodens direkte kontakt med elektrolytten, hvilket reducerer muligheden for yderligere nedbrydning.
Forskerne tilføjede også en fluoridbelægning til den vaskede katode, hvilket yderligere øgede batteriets stabilitet og sikkerhed. Fluorbelægningen forhindrer elektrolytsalte i at nedbryde og danne gasbobler, som kan få batteriet til at svulme op og endda eksplodere.
Forskerne testede deres vaske- og belægningsteknik på adskillige høj-nikkel katoder, hvilket forbedrede deres ydeevne og levetid markant. Behandlede katoder bibeholdt mere end 90 % af deres oprindelige kapacitet efter 500 cyklusser, sammenlignet med mindre end 80 % for ubehandlede. De viste også højere energitæthed og mindre gasdannelse end konventionelle katoder.
Forskerne håber, at deres teknik vil bane vejen for udviklingen af mere effektive og pålidelige batterier til forskellige anvendelser, især til elektriske køretøjer og stor elektronik. De forventer også, at deres resultater vil inspirere andre forskere til at finde nye måder at forbedre stabiliteten og holdbarheden af nikkelberigede katoder.
Læs også: