Lítium-iónové batérie s vyššou kapacitou

Výskumníci vo Francúzsku vytvorili elektródy lítium-iónových batérií s niekoľkonásobne väčšou energetickou kapacitou, čo sa týka hmotnosti a objemu, ako konvenčné elektródy. Nové elektródy by mohli pomôcť zmenšiť veľkosť batérií mobilných telefónov a notebookov alebo predĺžiť dobu, počas ktorej by zariadenie mohlo bežať nabité. A čo viac, nanotechnologické metódy používané na výrobu týchto elektród by mohli poskytnúť jednoduchý a lacný spôsob štruktúry nových materiálov pre batérie novej generácie pre plug-in hybridné a plne elektrické vozidlá.



Les medených tyčí s priemerom asi 100 nanometrov vytvára oveľa väčšiu plochu pre elektródy veľkokapacitných batérií.

Kľúčovým pokrokom je vývoj lacného a jednoduchého spôsobu, ako usporiadať drobné častice do požadovanej nanoštruktúry, hovorí Patrice Simon, profesor chémie na Université Paul Sabatier, ktorý sa podieľal na práci spolu s ďalšími výskumníkmi na univerzite a Université Picardie Jules. Verne.





V konvenčnej elektróde batérie sa ióny a elektróny budú rýchlo pohybovať do a von z aktívneho materiálu – čo umožňuje rýchle nabíjanie a vybíjanie – iba ak je materiál uložený vo veľmi tenkom filme. Tenké filmy však obmedzujú množstvo aktívneho materiálu, ktorý môže byť zabudovaný do batérie. Pri vysokokapacitných batériách inžinieri zvyčajne zväčšujú hrúbku aktívneho materiálu, čím vymieňajú rýchle nabíjanie a vysokovýkonné impulzy za viac energie.

Táto nová nanoštruktúra umožňuje vysoký výkon a vysokú úložnú kapacitu. Aktívne materiály sa nanášajú vo veľmi tenkej vrstve na medené nanorúdy ukotvené na plátoch medenej fólie. Tento tenký film umožňuje rýchly pohyb iónov a elektrónov – dodáva energiu. Veľký povrch lesa nanorúd zároveň umožňuje zabaliť do elektródy oveľa viac aktívneho materiálu, ako zvyčajne umožňujú tenké filmy, čím sa zvyšuje energetická kapacita. Tyče poskytujú 50 štvorcových centimetrov povrchu na každý štvorcový centimeter elektródy.

Okrem toho vysoká pohyblivosť iónov a elektrónov tenkej vrstvy umožňuje použiť nový aktívny materiál a novú chemickú reakciu pre lítium-iónové batérie. Táto nová chémia je atraktívna, pretože dokáže pojať oveľa viac lítiových iónov a ich elektrónových náprotivkov ako chémia používaná teraz, čím potenciálne ukladá viac energie.



Nové elektródy, ktoré by sa použili ako záporné elektródy v lítium-iónových batériách, tiež ukázali schopnosť zachovať si svoju vysokú kapacitu po mnohonásobnom nabití a vybití, čo naznačuje, že elektródy môžu mať dlhú životnosť, hovorí Simon, hoci na potvrdenie tohto predpokladu sú potrebné rozsiahlejšie testy.

Pretože tento predstih, popísaný online tento týždeň v Prírodné materiály , zatiaľ platí pre záporné elektródy, percentuálny nárast kapacity oproti dnešným batériám bude závisieť aj od kapacity kladnej elektródy. (Pozri Battery Breakthrough pre popis jedného možného kandidáta na kladnú elektródu citovaného výskumníkmi.) Prvé aplikácie technológie budú pravdepodobne extrémne malé batérie, hovorí Simon. Tie by mohli byť užitočné pre vzdialené senzory alebo lekárske implantáty. Ďalšie aplikácie si budú vyžadovať zvýšenie veľkosti elektród, ktoré môžu výskumníci vyrobiť, a tiež optimalizáciu aktívneho materiálu, ktorý používajú.

Materiály použité v hlásených experimentoch nie sú energeticky účinné – asi 20 – 25 percent energie použitej na ich nabíjanie sa nedá získať späť pri ich vybíjaní. Táto strata energie nie je pri batériách mobilných telefónov veľkým problémom, hovorí Gerbrand Ceder, profesor materiálovej vedy a inžinierstva na MIT. Počas života pravdepodobne miniete pár drobných na nabíjanie mobilného telefónu, hovorí. Ale pre väčšie energetické aplikácie, ako sú elektrické vozidlá, môže byť tento nedostatok účinnosti nákladný, najmä pri vysokých cenách elektriny. Z tohto dôvodu výskumníci začleňujú do svojich nanoštruktúrovaných elektród rôzne vysokokapacitné aktívne materiály, ktoré nemajú tento problém s energetickou účinnosťou.

India vypína internet

Pokiaľ ide o nanotechnológiu na zlepšenie batérií, francúzski výskumníci nie sú jedineční. Najmenej dve spoločnosti, A123 Systems, Watertown, MA a Altair Nano, Reno, NV, vyrobili batérie, ktoré obsahujú elektródy s nanoštruktúrovanými aktívnymi materiálmi; a mnohé výskumné skupiny po celom svete takéto elektródy vyvíjajú. Simon popisuje proces svojej skupiny ako jednoduchší a lacnejší ako mnohé iné metódy na výrobu nanoštruktúr. Je tiež všestranný, dá sa použiť s rôznymi aktívnymi materiálmi, hovorí.



Mohlo by to byť dôležité aj pre ďalší kľúčový trend vo výskume batérií: odklon od plochých vrstiev elektródových materiálov k pozitívnym a negatívnym elektródam, ktoré sa navzájom prenikajú – trojrozmerná architektúra, ktorá môže zlepšiť mobilitu iónov a elektród, čím sa zvýši výkon batérie. Francúzska skupina teraz tiež pracuje na trojrozmernej batérii, hovorí Simon, ktorá bude kombinovať ich záporné elektródy s vysokovýkonnou kladnou elektródou.

skryť

Skutočné Technológie

Kategórie

Nezaradené Do Kategórie

Technológie

Biotechnológia

Technická Politika

Zmena Podnebia

Ľudia A Technika

Silicon Valley

Výpočtový

Magazín Mit News

Umela Inteligencia

Priestor

Inteligentné Mestá

Blockchain

Celovečerný Príbeh

Profil Absolventov

Spojenie Absolventov

Funkcia Mit News

1865

Môj Názor

77 Mass Ave

Zoznámte Sa S Autorom

Profily Vo Štedrosti

Videné Na Akademickej Pôde

Listy Absolventov

Správy

Voľby 2020

S Indexom

Pod Kupolou

Požiarna Hadica

Nekonečné Príbehy

Pandemický Technologický Projekt

Od Prezidenta

Titulný Príbeh

Fotogaléria

Odporúčaná