Nový dizajn lítium-iónovej batérie, ktorý je 2 000-krát výkonnejší, sa nabíja 1 000-krát rýchlejšie

Vedci z University of Illinois v Urbana-Champaign vyvinuli novú technológiu lítium-iónových batérií, ktorá je 2 000-krát výkonnejšia ako porovnateľné batérie. Podľa vedcov nejde iba o evolučný krok v technológii batérií: „Je to nová podporná technológia ... rozbíja bežné paradigmy zdrojov energie. Umožňuje nám to robiť rôzne nové veci. “

V súčasnosti je skladovanie energie predovšetkým o kompromisoch. Môžete mať veľa energie (wattov) alebo veľa energie (watthodiny), ale spravidla nemôžete mať obidve možnosti. superkondenzátory môže uvoľniť obrovské množstvo energie , ale iba na niekoľko sekúnd; palivové články môžu akumulovať obrovské množstvo energie, ale maximálny výkon je obmedzený. To je problém, pretože väčšina moderných aplikácií najmodernejších technológií - smartphony, nositeľné počítače, elektrické vozidlá - vyžaduje veľké množstvo energie a energie. Lítium-iónové batérie sú v súčasnosti najlepším riešením pre aplikácie s vysokou spotrebou energie a energie, ale aj tie najlepšie prevedenia lítium-iónových batérií vyžadujú, aby priemyselní dizajnéri a elektronickí inžinieri pri vytváraní nového zariadenia robili vážne kompromisy.

Čo nás úhľadne privádza k batérii University of Illinois, ktorá má vyššiu hustotu energie ako superkondenzátor a porovnateľnú hustotu energie ako súčasné nikel-zinkové a lítium-iónové batérie. Podľa tlačová správa univerzity , táto nová batéria by mohla umožniť bezdrôtovým zariadeniam prenášať ich signály 30-krát ďalej - alebo, čo je ešte užitočnejšie, byť vybavené 30-krát menšou batériou. Ak to nestačilo, je táto nová batéria nabíjateľná - a dá sa nabiť 1 000-krát rýchlejšie ako bežné li-ion batérie. Jedná sa skrátka o vysnívanú batériu. (Pozri: DoE požaduje chemickú batériu s 5-násobnou kapacitou, do 5 rokov - dá sa to zvládnuť? )

Tieto obrovské pokroky vyplývajú z úplne novej katódy a anódovej štruktúry, ktorú priekopníkom vytvorili vedci z University of Illinois. Štandardná li-iónová batéria má v podstate obyčajne pevnú dvojrozmernú anódu z grafitu a katódu z lítiovej soli. Nová batéria v štáte Illinois má naopak pórovitú trojrozmernú anódu a katódu. Na vytvorenie tejto novej elektródovej štruktúry vytvorili vedci štruktúru polystyrénu (polystyrénu) na sklenenom substráte, elektrolyticky nanášaného niklu na polystyrén a potom elektrolyticky nanášaného niklu a cínu na anódu a oxidu manganičitého na katódu. Vyššie uvedená schéma slúži na vysvetlenie procesu.

Konečným výsledkom je, že tieto pórovité elektródy majú veľkú plochu, čo umožňuje, aby v danom priestore mohlo prebiehať viac chemických reakcií, čo v konečnom dôsledku poskytne výrazné zvýšenie rýchlosti vybíjania (výkonu) a nabíjania. Vedci doteraz použili túto technológiu na vytvorenie mikrobatérie veľkosti gombíka a na nasledujúcom grafe môžete vidieť, ako dobre je ich batéria v porovnaní s bežnou gombíkovou bunkou Sony CR1620. Hustota energie je o niečo nižšia, ale hustota výkonu je 2 000-krát vyššia. Na opačnom konci spektra krvácajúcich okrajov - potom zvýšená hustota energie, ale nižšia hustota energie Lítium-vzduchová batéria spoločnosti IBM je v súčasnosti na čele balenia ,

Hustota energie vs. hustota energie pre rôzne technológie batérií, vrátane novej mikroštruktúrovanej anódovej / katódovej lítium-iónovej batérie University of Illinois

V praxi sa táto technológia pravdepodobne použije na vybavenie spotrebiteľských zariadení batériami, ktoré sú oveľa menšie a ľahšie - predstavte si smartphone s batériou s hrúbkou kreditnej karty, ktorú je možné nabiť za pár sekúnd. K dispozícii bude tiež veľa aplikácií mimo spotrebiteľský priestor, vo vysoko výkonných prostrediach, ako sú lasery a lekárske prístroje, a v iných oblastiach, ktoré bežne používajú superkondenzátory, ako sú napríklad automobily formuly 1 a elektrické náradie na rýchle nabíjanie. Aby k tomu však mohlo dôjsť, bude musieť Illinoisská univerzita najskôr dokázať, že ich technológia sa rozširuje na väčšie veľkosti batérií a že výrobný proces nie je neúmerne nákladný pre komerčnú výrobu. Tu dúfame.