211service.com
Baterie do notebooků s delší výdrží
Běžné lithium-iontové baterie v noteboocích a mobilních telefonech rychle ztrácejí schopnost ukládat energii a mohou se vznítit, pokud jsou přebité nebo poškozené. Nyní výzkumníci na Národní laboratoř Argonne v Argonne, IL, vyvinuli kompozitní bateriové materiály, díky nimž jsou tyto baterie bezpečnější a mají delší životnost a zároveň zvyšují jejich kapacitu pro ukládání energie o 30 procent.
Výkonné částice: Nové materiály elektrod lithium-iontových baterií, které jsou zde znázorněny pod elektronovým mikroskopem, dokážou uchovat více energie, a tím i bezpečněji, než běžné lithium-iontové baterie v laptopech a mobilních telefonech.
Minulý měsíc udělali vědci významný krok směrem ke komercializaci technologie tím, že ji licencovali velké společnosti dodávající materiály, Toda Kogyo, sídlící v Japonsku. Společnost má kapacitu na výrobu materiálů pro přibližně 30 milionů baterií do notebooků ročně, říká Gary Henriksen, který ve společnosti Argonne řídí výzkum elektrochemických úložišť.
Nové materiály jsou jedním z příkladů nové generace lithium-iontových elektrod, které řeší nedostatky běžných lithium-iontových baterií. Každý má své vlastní kompromisy. Například jiný materiál zvaný lithium-železofosfát má lepší bezpečnost a odolnost než materiály Argonne, ale ukládá o něco méně energie než běžné lithium-iontové baterie. Materiály Argonne zlepšují bezpečnost a spolehlivost dnešních baterií notebooků a zároveň ukládají více energie.
Výzkumníci z Argonne zlepšili výkon kladných elektrod zvýšením chemické a strukturální stability materiálů již používaných v bateriích notebooků. U konvenčních lithium-iontových baterií, které mají elektrody z oxidu kobaltu, může malé přehřátí způsobené přebitím materiálu nebo elektrickými zkraty uvnitř baterie vést k rychlému zvýšení teploty uvnitř článku a v některých případech ke spalování. Je to proto, že jak se materiál přehřívá, oxid kobaltu snadno uvolňuje kyslík, který reaguje s rozpouštědlem v elektrolytu baterie a vytváří více tepla, které podporuje reakce. Výzkumníci z Argonne tento problém řešili nahrazením části oxidu kobaltu oxidem manganu, který je chemicky stabilnější.
Dalším krokem výzkumníků bylo nahradit některé aktivní materiály oxidů kovů v elektrodě příbuzným, ale elektrochemicky neaktivním materiálem, čímž vznikne kompozit. Tento materiál neukládá energii, protože při nabíjení a vybíjení baterie neuvolňuje a nevychytává lithiové ionty. (Lithium-iontové baterie vytvářejí elektrický proud, když se lithium-ionty pohybují mezi kladnými a zápornými elektrodami.) Neaktivní materiál činí kompozit stabilnější než konvenční elektrodové materiály, což znamená, že může vydržet déle. Jedna verze materiálu může vydržet 1500 nabití a vybití, aniž by ztratila velkou kapacitu, říká. To je více než dvojnásobek životnosti běžných baterií notebooků.
A co víc, snížení množství aktivního materiálu akumulujícího energii má kontraintuitivní účinek zvýšení skladovací kapacity kompozitu. Pokud je z konvenčních materiálů na bázi oxidu kobaltu odstraněno příliš mnoho lithia, materiál degraduje a rychle ztrácí schopnost plně se nabít a vybíjet. Neaktivní materiál umožňuje použít mnohem více lithia, aniž by došlo k poškození materiálu.
Materiál elektrod může uložit o 45 až 50 procent více energie než nejlepší elektrody v bateriích notebooků. V přepočtu na celý bateriový článek – vzhledem k tomu, že kladná elektroda představuje méně než polovinu celkové hmotnosti a objemu bateriového článku – lze celkové úložiště energie baterie zlepšit o 20 až 30 procent, říká Henriksen.
Dalším krokem výzkumníků je zlepšení rychlosti, kterou lze kompozitní materiál nabíjet a vybíjet, aby jej bylo možné použít v hybridních vozidlech. Materiál Argonne, jak je vyroben nyní, lze zcela vybít přibližně za tři hodiny – dostatečně rychle pro notebooky, ale příliš pomalu pro auto. Aby tato technologie fungovala v plug-in hybridech, vozech, ve kterých lze baterii dobíjet z běžné elektrické zásuvky, bude muset být rychlost vybíjení alespoň třikrát rychlejší a pravděpodobně i více.
Přesto-Ming Chiang, profesor materiálové vědy a inženýrství na MIT, říká, že nový materiál je významným zlepšením oproti oxidu lithného a kobaltnatého pro baterie notebooků. Pokud o tom přemýšlíte z hlediska pole, které roste o 8 až 9 procent ročně, právě jste si ušetřili tři roky. Možná jste přeskočili konkurenci, říká. Jsem si jistý, že každý, kdo vyrábí baterie pro mobilní telefony a notebooky, by byl velmi rád, že má takovou výhodu.