Baterie, które ładują się w kilka sekund

Nowy sposób wytwarzania elektrod akumulatorowych oparty na nanostrukturalnych piankach metalowych został wykorzystany do stworzenia akumulatora litowo-jonowego, który można naładować w 90 procentach w ciągu dwóch minut. Jeśli metoda może zostać skomercjalizowana, może to prowadzić do laptopów ładujących się w ciągu kilku minut lub telefonów komórkowych, które ładują się w ciągu 30 sekund.

Moc piany: Ta katoda akumulatora litowo-jonowego może być wykorzystana do stworzenia akumulatora, który ma tyle samo energii, co konwencjonalny, ale może ładować się sto razy szybciej.

Metody stosowane do wytwarzania ultraszybkich elektrod ładujących są kompatybilne z szeregiem chemii akumulatorów; Naukowcy wykorzystali je również do produkcji akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych, powszechnie stosowanych w pojazdach hybrydowych i elektrycznych.

To, jak szybko akumulator może się naładować, a następnie uwolnić, jest przede wszystkim ograniczone przez ruch elektronów i jonów do iz katody, elektrody, która jest ujemna podczas ładowania. Naukowcy próbowali wykorzystać materiały nanostrukturalne, aby ulepszyć proces, ale zwykle istnieje kompromis między całkowitą pojemnością magazynowania energii (która określa, jak długo bateria może działać, zanim będzie wymagała ładowania) a szybkością ładowania. Ludzie rozwiązali połowę problemu, mówi Paul Braun , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign.

Grupa Brauna wyprodukowała wysoce porowate pianki metalowe pokryte dużą ilością aktywnych materiałów akumulatorowych. Metal zapewnia wysoką przewodność elektryczną i chociaż jest porowaty, struktura zawiera wystarczającą ilość materiału aktywnego, aby zmagazynować wystarczającą ilość energii. Pory pozwalają jonom na swobodny ruch.

Pierwszym krokiem do wykonania katod jest utworzenie zawiesiny kulek polimerowych na powierzchni przewodzącego podłoża. Ze względu na swój kształt i ładunek powierzchniowy kule układają się samoczynnie w regularny wzór. Naukowcy z Illinois stosują następnie powszechną technikę zwaną galwanizacją, aby wypełnić przestrzeń między sferami niklem. Następnie rozpuszczają kulki polimerowe i większość metalu, pozostawiając niklową gąbkę, która ma około 90 procent otwartej przestrzeni. Na koniec wyhodują aktywny materiał na gąbce.

To pewien dystans do produktu, ale mamy całkiem dobre demonstracje laboratoryjne z akumulatorami niklowo-metalowo-wodorkowymi i litowo-jonowymi, mówi Braun. Grupa z Illinois wyprodukowała akumulatory litowo-jonowe, które ładują się prawie całkowicie w około dwie minuty. Metoda powinna mieć zastosowanie do rozmiarów komórek potrzebnych do laptopów i samochodów elektrycznych, chociaż naukowcy jeszcze ich nie stworzyli.

Wydajność, którą uzyskali, jest bezprecedensowa, mówi Andreas Stein, profesor chemii na University of Minnesota. Stein był pionierem metody tworzenia szablonów cząstek polimerowych, którą zastosowała grupa Brauna. Praca Brauna jest opisana w czasopiśmie Natura Nanotechnologia .

Jeff Dahn , profesor fizyki na Uniwersytecie Dalhousie, jest sceptyczny, czy te elektrody kiedykolwiek trafią do produktów. Kiedy spojrzysz na schemat blokowy tworzenia tej struktury, jest to dość skomplikowane, a to będzie kosztowne, mówi.

Braun przyznaje: Jest wielu ludzi, którzy wymyślają eleganckie konstrukcje [elektrodowe], ale ich produkcja jest trudna. Mówi jednak, że jego proces wytwarzania łączy istniejące metody, które są obecnie szeroko stosowane do wytwarzania innych produktów, jeśli nie do wytwarzania baterii, i że ich adaptacja nie powinna być zbyt trudna. Proces ten dodałby dodatkowe kroki do wytworzenia baterii, ale te kroki nie są szczególnie drogie ani skomplikowane, mówi Braun.

Grupa Brauna przetestuje następnie strukturę elektrody za pomocą szerszego zakresu chemii baterii i będzie pracować nad ulepszeniem drugiej połowy baterii, anody – to trudniejszy projekt.

ukryć