Foto: Razor512

Forskare från Arizona State University har utvecklat en ny metod för att producera litium-metall-batterier som möjliggör en kontrollerad dendrittillväxt, vilket gör dem säkrare och ger dem en längre livslängd. Litiumbatterier med längre livslängd är nog något som de flesta av oss har efterlyst, speciellt när mobiltelefonen laddar ur sig vid fel tillfälle.

Teamet fann att det går att använda ett 3D-lager av polydimetylsiloxan (PDMS) eller silikon. Substratet i litiummetallanoden kan mildra bildningen av dendriter, vilka är nålliknande tillväxter som förekommer på litiumytan. Resultatet är relevant för både litiumjon- och litiumbatterier, liksom för andra metallanodbaserade batterier, säger teamet.

Oönskade sidoreaktioner

Dessa formationer inducerar oönskade sidoreaktioner som minskar energitätheten och i värsta fall kan orsaka kortslutning av elektroder, något som kan leda till bränder eller explosioner. Konsekvenserna av att involvera ett tredimensionellt silikonskikt är relevanta för både litiumjon- och litiumbatterier, liksom för andra metallanodsbaserade batterier säger forskarna.

”Nästan alla metaller som används som batterianoder tenderar att utveckla dendriter”, säger Jiang , professor vid universitetets School for Engineering of Matter, Transport and Energy. ”Dessa resultat har till exempel konsekvenser för zink-, natrium- och aluminiumbatterier också.”

I forskningsstudien som publicerades i tidskriften Nature Energy noterade Jiang att teamet inte närmade sig problemet från ett material eller elektrokemiskt perspektiv, utan letade efter lösningar som mekaniska ingenjörer. ”Vi vet redan att små tennålar kan sticka ut ur tennytor under stress, så analogt såg vi på möjligheten till stress som en faktor i litiumdendrittillväxt.”

Från konsumentelektronik till backup för elnät

Forskarna säger att potentiella tillämpningar av deras upptäckter sträcker sig från konsumentelektronik till att driva elektriska bilar under exceptionellt längre perioder, samt för att skapa backup-system för elnät som drivs av solenergi.

Litiumpriserna har mer än fördubblats de senaste två åren, och handlas till cirka 13 375 dollar per ton. Men enligt vissa marknadsbedömare, som Morgan Stanley, kommer det att toppa i år och sedan falla till 7 322 dollar per ton år 2021. Amerikanska Citi ser också ett fall på det långsiktiga priset till 7 500 dollar per ton på grund av ett eventuellt överutbud.