Nova zasnova litij-ionskih baterij, ki je 2000-krat močnejša, se napolni 1000-krat hitreje

Raziskovalci na Univerzi v Illinoisu pri Urbana-Champaign so razvili novo tehnologijo litij-ionskih baterij, ki je 2000-krat močnejša od primerljivih baterij. Po mnenju raziskovalcev to ni zgolj evolucijski korak v tehnologiji baterij: 'To je nova tehnologija, ki omogoča… krši običajne paradigme virov energije. Omogoča nam različne, nove stvari. '

Trenutno je pri shranjevanju energije vse potrebno za kompromise. Lahko imate veliko moči (vatov) ali veliko energije (vat ur), vendar na splošno ne morete imeti obeh. Superkondenzatorji lahko sprosti ogromno energije , vendar le za nekaj sekund; gorivne celice lahko shranijo ogromno energije, vendar imajo največjo izhodno moč omejene. To je težava, ker večina sodobnih aplikacij sodobne tehnologije - pametni telefoni, nosljivi računalniki in električna vozila - zahteva veliko energije in energija. Litij-ionske baterije so trenutno najboljša rešitev za aplikacije z visoko močjo in energijo, vendar tudi najboljši modeli litij-baterij zahtevajo, da industrijski oblikovalci in elektronski inženirji pri ustvarjanju nove naprave naredijo resne kompromise.

Kar nas lepo pripelje na baterijo Univerze v Illinoisu, ki ima večjo gostoto moči kot superkondenzator, hkrati pa primerljivo gostoto energije s sedanjimi nikelj-cink in litij-ionskimi baterijami. Po navedbah sporočilu za javnost univerze , bi ta nova baterija lahko omogočala brezžičnim napravam, da oddajajo svoje signale 30-krat dlje - ali, morda bolj koristno, bi bila opremljena s 30-krat manjšo baterijo. Če to ni bilo dovolj, je ta nova baterija polnilna - in jo je mogoče polniti 1000-krat hitreje kot običajne li-ionske baterije. Skratka, to je sanjska baterija. (Glej: Ali EE v petih letih zahteva kemično baterijo s petkratno zmogljivostjo - ali je to mogoče storiti? )

Ta velik napredek izhaja iz povsem nove strukture katod in anod, ki so jo pionirali raziskovalci Univerze v Illinoisu. V bistvu ima običajna li-ionska baterija trdno dvodimenzionalno anodo iz grafita in katodo iz litijeve soli. Nova baterija v Illinoisu pa ima porozno tridimenzionalno anodo in katodo. Da bi ustvarili to novo strukturo elektrode, raziskovalci gradijo strukturo polistirena (stiropora) na stekleni podlagi, elektrodepozitirajo nikelj na polistiren in nato elektrodeponirajo nikelj-kositer na anodo in manganov dioksid na katodo. Zgornji diagram dobro razloži postopek.

Končni rezultat je, da imajo te porozne elektrode ogromno površino, kar omogoča, da v določenem prostoru poteka več kemičnih reakcij, kar v končni fazi zagotavlja močan zagon za hitrost praznjenja (izhodna moč) in polnjenje. Do zdaj so raziskovalci to tehnologijo uporabljali za ustvarjanje mikrobaterij v velikosti gumba, na spodnjem grafu pa lahko vidite, kako dobro se njihova baterija primerja z običajno celico z gumbi Sony CR1620. Gostota energije je nekoliko nižja, vendar je gostota moči 2000-krat večja. Na nasprotnem koncu spektra krvavitve - povečana gostota energije, vendar manjša gostota moči - potem IBM-ova litij-zračna baterija trenutno vodi v paketu .

Energijska gostota v primerjavi z gostoto moči za različne tehnologije baterij, vključno z novo mikrostrukturirano anodno / katodno li-ionsko baterijo Univerze v Illinoisu

V resnični uporabi bo ta tehnologija verjetno uporabljena za opremljanje potrošniških naprav z veliko manjšimi in lažjimi baterijami - predstavljajte si pametni telefon z baterijo debeline kreditne kartice, ki jo lahko napolnite v nekaj sekundah. Veliko aplikacij bo tudi zunaj potrošniškega prostora, in sicer v močnih nastavitvah, kot so laserji in medicinski pripomočki, ter na drugih področjih, ki običajno uporabljajo superkondenzatorje, kot so avtomobili formule 1 in električna orodja za hitro polnjenje. Da pa se bo to zgodilo, bo morala Univerza v Illinoisu najprej dokazati, da se njihova tehnologija spreminja v večje velikosti baterij in da proizvodni postopek za komercialno proizvodnjo ni pretirano drag. Tu upam.