Organisk katod tänjer på batterigränserna
En ledande polymerdesign som kan leverera högre energitäthet, bredare temperaturtolerans och förbättrad säkerhet i litiumjonceller.
Forskare från Tianjin University och South China University of Technology har utvecklat ett organiskt litiumjonbatteri byggt kring ett konstruerat katodmaterial.Studien beskriver en ledande polymerelektrod utformad för att hantera långvariga begränsningar i organiska batteriers prestanda.
Konventionella litiumjonbatterier förlitar sig på oorganiska katoder som innehåller metaller som kobolt och nickel, vilket väcker oro kring tillgång på resurser, säkerhet och mekanisk styvhet.Organiska elektrodmaterial, däremot, härrör från mer rikliga källor och kan skräddarsys strukturellt, men har historiskt stått inför utmaningar när det gäller att uppnå hög energitäthet och snabb litiumjontransport.
Forskargruppen utvecklade en ledande polymer av n-typ som kallas polybensofurandion, eller PBFDO, som katodmaterial.Polymeren uppvisar hög elektronisk konduktivitet, snabb litiumjontransport och stabilt strukturellt beteende under varierande förhållanden.Med hjälp av detta material satte teamet ihop en påsecell som uppnådde en energitäthet över 250 wattimmar per kilogram.Som jämförelse sträcker sig litiumjärnfosfatbatterier vanligtvis mellan 160 och 200 wattimmar per kilogram.
Batteriet fungerade över ett temperaturfönster från minus 70 grader Celsius till 80 grader Celsius.I mekaniska tester bibehöll den organiska katoden struktur och kapacitet efter böjning och kompression.En påscell med amperetimmarnivå klarade också ett punkteringstest utan brand eller explosion.
"Denna forskning bryter igenom batteriteknologins traditionella begränsningar när det gäller resursberoende och miljöpåverkan", säger professor Xu Yunhua, ledande forskare."Det matchar inte bara energitätheten hos kommersiella batterier utan erbjuder också överlägsen säkerhet och ett mycket bredare driftstemperaturområde."
Forskare arbetar mot produktion i pilotskala och utforskar tillämpningar inom flexibel elektronik, bärbara enheter och lätta energilagringssystem där säkerhet, anpassningsförmåga och temperaturtålighet är avgörande.