Nové technologie umožňují rychlejší nabíjení lithiových baterií a delší nabíjení

Anonim

Nové technologie umožňují rychlejší nabíjení lithiových baterií a delší nabíjení

Elektronika

Bryan Clark

21.listopadu 2011

Vědci vytvořili nový typ lithium-iontové baterie, o níž se říká, že drží náboj desetkrát déle a nabíjí se v jedné desetině času stávajících li iontů

Pro ty z nás, kteří používají chytré telefony, je velmi známý problém ztracená baterie. Výpočetní výkon, stejně jako víceúčelové schopnosti moderních telefonů, není nic úžasného. Až do doby, než dojde k vyčerpání kapacity baterie, budeme přesto nuceni nést více zařízení. Například, jaká je dobrá 32GB paměti pro ukládání hudby a filmů, pokud mi po hodině nebo dvou z mých oblíbených melodií opustí mrtvý telefon? Přestože můj telefon snadno zvládne hudbu a filmové schopnosti svého iPodu, stále nosím iPod. V autě mám stále GPS, přestože je telefon více než schopný. Nová technologie od Northwestern University má za cíl změnit vše. Inženýři tam vytvořili elektrodu pro lithium-iontové baterie - dobíjecí baterie, které se běžně nacházejí v našich zařízeních - což jim dovoluje pracovat desetkrát déle, a to pouze za desetinu času nabíjení.

"Našli jsme způsob, jak prodloužit dobu nabíjení lithium-iontové baterie o 10krát, " řekl Harold H. Kung v článku publikovaném v časopise Advanced Energy Materials . Kung je profesorem chemického a biologického inženýrství na Fakultě inženýrství a aplikované vědy McCormick. "Dokonce i po 150 nákladech, které by mohly činit jeden rok nebo více, je baterie stále pětkrát účinnější než lithium-iontové baterie na dnešním trhu."

Zavřete oči na okamžik a představte si týden - nebo víc - životnost baterie. Pokud tomu tak není úsměv na tváři, další prohlášení: Představte si, že váš telefon běží týden po nabíjení pouze 15 minut.

V současné době jsou lithium-iontové baterie nabíjeny chemickou reakcí, ke které dochází, když jsou ionty lithia vysílány mezi oběma konci baterie; anody a katody. Když je akumulátor plně nabitý a používán, ionty se pohybují z anody elektrolytem a nakonec se dostanou do katody. Když se všechny ionty dostanou do katody, baterie je mrtvá.

Když nabíjíte baterii, obrážíte proces a odesíláte ionty z katody do anody.

Elektroda kombinuje dva procesy chemického inženýrství, které odstraňují dvě hlavní nedostatky v technologii lithium-iontových baterií; jejich omezené energetické kapacity a poměrně pomalé dobíjení. Elektroda prakticky eliminuje tyto problémy a slibuje super baterii pro novou generaci zařízení.

Prvním problémem je omezená energetická kapacita, což znamená, že vaše stávající baterie nemůže udržovat poplatek po dlouhou dobu. Vinník se zde nazývá hustota náboje. Hustota náboje je v podstatě kolik iontů lithia můžete zabalit do jedné baterie mezi anodou a katodou. Druhým problémem je rychlost nabíjení. Tento problém vychází z rychlosti, s jakou mohou ionty lithia cestovat od katody k anodě. V podstatě je urychlete a máte rychlejší nabíjení.

Ve svém současném stavu může anoda - složená z tenkých vrstev grafenových desek - umístit pouze jeden atom lithia na každých šest uhlíkových atomů. Vědci experimentovali s nahrazením uhlíku křemíkem, protože křemík může obsahovat mnohem více lithia (čtyři atomy lithia pro každý atom křemíku) než uhlík. Problém je, že křemík se během nabíjení rychle rozšiřuje a rychle se uzavírá. To způsobí, že baterie poměrně rychle ztratí své kapacity dobíjení.

Kungův tým fixoval problém energetické kapacity stabilizací křemíku. To zahrnovalo sendvičovou křemík mezi grafenovými deskami. Tím se maximalizuje množství iontů, které mohou procházet listy, přičemž je zachována flexibilita, takže baterie není během nabíjení ohrožena.

Druhým problémem stanoveným týmem Kungů byl dobíjení. To bylo dosaženo vytvořením otvorů v grafenových deskách mikroskopických (10 až 20 nanometrů). Tento proces byl nazván "defekty v rovině" a umožnil iontům kratší, sekundární cestu k anodě. Tím se snížila doba nabíjení na jednu desetinu předchozího času, kdy byla baterie dobita.

Při pohledu na důsledky delší životnosti baterie pro vaše osobní zařízení by elektroda mohla také vyrobit baterie pro elektrické automobily menší a delší.

Očekává se, že technologie Northwestern University narazí na trh v příštích třech až pěti letech.

Vědci vytvořili nový typ lithium-iontové baterie, o níž se říká, že drží náboj desetkrát déle a nabíjí se v jedné desetině času stávajících li iontů