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New Material Possible Boon for Lithium Ion Batteries

Published:2/12/2012 11:52:42 PM    View:2265
Detailed information:

New Material Possible Boon for Lithium Ion Batteries

Batteries could get a boost from an Oak Ridge National Laboratory discovery that 
increases power, energy density and safety while dramatically reducing charge time.

A team led by Hansan Liu, Gilbert Brown and Parans Paranthaman of the Department of Energy lab's Chemical 
Sciences Division found that titanium dioxide creates a highly desirable material that increases surface area 
and features a fast charge-discharge capability for lithium ion batteries. Compared to conventional technologies, 
the differences in charge time and capacity are striking.
"We can charge our battery to 50 percent of full capacity 
in six minutes while the traditional graphite-based lithium ion battery would be just 10 percent charged at the 
same current," Liu said.
Compared to commercial lithium titanatematerial, the ORNL compound also boasts a 
higher capacity -- 256 vs. 165 milliampere hour per gram --and a sloping discharge voltage that is good for 
controlling state of charge. This characteristic combined with the fact oxide materials are extremely safe 
and long-lasting alternatives to commercial graphite make it well-suited for hybrid electric vehicles and other 
high-power applications.

The results, recently published in Advanced Materials, could also have special significance for applications 
in stationary energy storage systems for solar and wind power, and for smart grids. The titanium dioxide with 
a bronze polymorph also has the advantage of being potentially inexpensive, according to Liu.

At the heart of the breakthrough is the novel architecture of titanium dioxide, named mesoporous TiO2-B microspheres, which features channels and pores that allow for unimpeded flow of ions with a capacitor-like 
mechanism. Consequently, a lithium ion battery that substitutes TiO
2-B for the graphite electrode charges 
and discharges quickly.
"Theoretical studies have uncovered that this pseudocapacitive behavior originates 
from the unique sites and energetics of lithium absorption and diffusion in TiO
2-B structure," the authors write 
in their paper.
Paranthaman noted that the microsphere shape of the material allows for traditional electrode 
fabrication and creates compact electrode layers. He also observed, however, that the production process of 
this material is complex and involves many steps, so more research remains to determine whether it is scalable.

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