Organische kathode verlegt de batterijlimieten

Een geleidend polymeerontwerp dat een hogere energiedichtheid, bredere temperatuurtolerantie en verbeterde veiligheid in lithiumioncellen kan leveren.

Onderzoekers van de Universiteit van Tianjin en de Technische Universiteit van Zuid-China hebben een organische lithium-ionbatterij ontwikkeld die is opgebouwd rond een speciaal kathodemateriaal.De studie beschrijft een geleidende polymeerelektrode die is ontworpen om langdurige beperkingen in de prestaties van organische batterijen aan te pakken.

Conventionele lithiumionbatterijen zijn afhankelijk van anorganische kathoden die metalen zoals kobalt en nikkel bevatten, wat aanleiding geeft tot bezorgdheid over de beschikbaarheid van hulpbronnen, de veiligheid en de mechanische stijfheid.Organische elektrodematerialen zijn daarentegen afkomstig van meer overvloedige bronnen en kunnen structureel op maat worden gemaakt, maar hebben historisch gezien uitdagingen gekend bij het bereiken van een hoge energiedichtheid en snel lithiumionentransport.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een geleidend polymeer van het n-type, bekend als polybenzofurandion, of PBFDO, als kathodemateriaal.Het polymeer vertoont een hoge elektronische geleidbaarheid, snel transport van lithiumionen en stabiel structureel gedrag onder uiteenlopende omstandigheden.Met behulp van dit materiaal assembleerde het team een ​​buidelcel die een energiedichtheid van meer dan 250 wattuur per kilogram bereikte.Ter vergelijking: lithium-ijzerfosfaatbatterijen variëren doorgaans tussen 160 en 200 wattuur per kilogram.

De batterij werkte binnen een temperatuurbereik van min 70 graden Celsius tot 80 graden Celsius.Bij mechanische tests behield de organische kathode de structuur en capaciteit na buiging en compressie.Een zakcel op ampère-uurniveau slaagde ook voor een lektest zonder brand of explosie.

“Dit onderzoek doorbreekt de traditionele beperkingen van batterijtechnologie in termen van afhankelijkheid van hulpbronnen en impact op het milieu”, zegt professor Xu Yunhua, de hoofdonderzoeker.“Het komt niet alleen overeen met de energiedichtheid van commerciële batterijen, maar biedt ook superieure veiligheid en een veel breder operationeel temperatuurbereik.”

Onderzoekers werken aan productie op pilotschaal en onderzoeken toepassingen in flexibele elektronica, draagbare apparaten en lichtgewicht energieopslagsystemen waarbij veiligheid, aanpassingsvermogen en temperatuurbestendigheid van cruciaal belang zijn.