Forskare vid Hanyang University i Seoul har utvecklat ett nytt sätt att öka prestandan och hållbarheten hos batterier som används i olika elektroniska enheter och fordon. Deras teknik består i att tvätta och belägga batterikatoderna med en speciell lösning.
Batterier är nödvändiga för att driva många moderna prylar och maskiner, från smartphones och bärbara datorer till elbilar och robotar. En av de största utmaningarna som batteriutvecklare står inför är dock att öka energitätheten och hållbarheten hos battericeller, särskilt de som använder material med hög nickelhalt (Ni) som katoder.
Högnickelkatoder har många fördelar såsom hög kapacitet och låg kostnad. Men de har också en betydande nackdel - en tendens till snabb nedbrytning på grund av deras höga reaktivitet för interaktion med miljön. Detta leder till bildandet av oönskade litiumföreningar på katodens yta och skadliga sidoreaktioner med elektrolyten - vätskan som transporterar den elektriska laddningen inuti batteriet.
För att övervinna detta problem har forskare utvecklat en enkel men effektiv lösning: tvätta katoderna med vatten som innehåller lösta koboltjoner (Co). Denna process tar bort överskott av litium från katodytan och skapar ett tunt, enhetligt, koboltrikt skikt som fungerar som en skyddande sköld. Detta skikt förhindrar direkt kontakt mellan katoden och elektrolyten, vilket minskar risken för ytterligare nedbrytning.
Forskarna lade också till en fluoridbeläggning till den tvättade katoden, vilket ytterligare ökade batteriets stabilitet och säkerhet. Fluorbeläggningen förhindrar att elektrolytsalter bryts ner och gasbubblor bildas, vilket kan få batteriet att svälla och till och med explodera.
Forskarna testade sin tvätt- och beläggningsteknik på flera högnickelkatoder, vilket avsevärt förbättrade deras prestanda och livslängd. Behandlade katoder behöll mer än 90 % av sin ursprungliga kapacitet efter 500 cykler, jämfört med mindre än 80 % för obehandlade. De visade också högre energitäthet och mindre gasbildning än konventionella katoder.
Forskarna hoppas att deras teknik kommer att bana väg för utvecklingen av mer effektiva och pålitliga batterier för olika applikationer, särskilt för elfordon och stor elektronik. De förväntar sig också att deras resultat ska inspirera andra forskare att hitta nya sätt att förbättra stabiliteten och hållbarheten hos nickelberikade katoder.
Läs också: