Een geleidend polymeer op de kathode van lithiumbatterijen zorgt voor minder snelle prestatievermindering en voor een veiliger batterij, waardoor de maximale capaciteit en levensduur van lithiumbatterijen is te vergroten.
Om de coating op de kathode te krijgen, wordt chemical vapor deposition gebruikt, een chemisch opdampproces waarbij een dunne laag materiaal op een ondergrond ontstaat. De methode wordt door onderzoekers van het Argonne National Laboratory, onderdeel van het Amerikaanse ministerie van Energie, beschreven in het tijdschrift Nature.
In het onderzoek wordt gebruikgemaakt van een nikkel-mangaan-kobalt-kathode (nmc) die ingekapseld is met een polymeer dat zwavel bevat, genaamd pedot. Dit polymeer geeft de kathode een beschermende laag tegen het elektrolyt in de batterij tijdens ont- en opladen. In tegenstelling tot meer conventionele coatings die de buitenzijde van de kathode beschermen, beschermt de pedot-coating ook de binnenzijde van de kathode, waardoor deze extra bescherming geniet tegen breken van binnenuit.
Het polymeer beschermt ook tegen de chemische interacties tussen het elektrolyt en de batterij, maar het laat wel de lithiumionen en elektronen door, zodat de batterij kan functioneren. Een van de reacties die het polymeer tegengaat, is de omvorming van het kathodemateriaal tot spinel waardoor de kathode niet meer functioneert.
Om met de woorden van de onderzoekers te spreken: ‘De coating laat alle processen en chemische reacties die nodig zijn voor het functioneren van de batterij toe en blokkeert tegelijkertijd alle mogelijke reacties die degradatie of mankementen van de batterij kunnen veroorzaken.’
Bij hoge spanningen degraderen nmc-kathodes van lithiumbatterijen vaak snel door de vorming van zuurstof. Dit werd ook grotendeels tegengegaan door pedot, wat de veiligheid van batterijen kan vergroten. Hierdoor zou het in de toekomst volgens de onderzoekers mogelijk moeten zijn om batterijen te maken die bij hogere spanning kunnen functioneren of juist een langere levensduur hebben.
