Snabbladdande elbilar med lång räckvidd: Nytt batteri fulladdat på 15 minuter vid 1.747,6 W/kg

Litium-metallbatterier har potential att lagra betydligt mer energi och fungera i tuffare miljöer än konventionella litiumjonbatterier som driver den mesta moderna elektroniken. Att nå sin fulla kommersiella potential har dock hindrats av den långsamma och ineffektiva förflyttningen av elektroner och joner över gränsen mellan batteriets strukturella komponenter och dess elektrolyt, en process som kallas laddningsöverföring. När denna överföring är trög utlöser den oönskade kemiska reaktioner som bildar dendriter - farliga, nålliknande metalltillväxter som förstör batteriets prestanda och till och med kan orsaka plötsliga bränder eller explosioner under ultrasnabb laddning.

För att övervinna denna stora begränsning har ett forskarlag, främst från University of Science and Technology of China, omarbetat batteriets elektrolyt på molekylär nivå. Teamet, som beskrivs i tidskriften Nature Energy, upptäckte ett sätt att påskynda laddningsöverföringen genom att omstrukturera vätskans lösningsmedelsmolekyler.

I stället för en standardkonfiguration ordnade forskarna molekylerna så att de bildade platta, mycket välorganiserade vägar, som de kallade planar-aligned electron channels. Denna unika strukturella design skapar en mycket starkare och mer effektiv bindning mellan de rörliga elektronerna och litiumjonerna. Genom att effektivisera denna koppling snabbar de nykonstruerade kanalerna dramatiskt upp de underliggande kemiska reaktionerna och eliminerar de tröga förhållanden som skapar farliga dendriter.

När teamet testade sin konstruerade elektrolyt i riktiga, industriellt tillverkade litium-metallbattericeller var resultaten mycket lyckade. De platta elektronkanalerna gjorde det möjligt för batterierna att stabilt och säkert nå 100% på 15 minuter vid en laddningseffekttäthet på 1 747,6 W/kg.

Denna forskning ger en tillförlitlig plan för att övervinna de extrema elektrokemiska hinder som för närvarande hindrar nästa generations högkapacitetsbatterier från att nå konsumentmarknaderna. Om den här tekniken kommersialiseras kan vi få se elbilar med längre räckvidd och snabbare laddning.