211service.com
Baterie, které se nabijí během několika sekund
Nový způsob výroby bateriových elektrod na bázi nanostrukturních kovových pěn byl použit k výrobě lithium-iontové baterie, kterou lze nabít na 90 procent za dvě minuty. Pokud se podaří tuto metodu komercializovat, mohlo by to vést k notebookům, které se nabijí za pár minut, nebo mobilním telefonům, které se nabijí za 30 sekund.
Síla pěny: Z této lithium-iontové baterie lze vyrobit baterii, která pojme tolik energie jako konvenční, ale dokáže se dobít stokrát rychleji.
Metody používané k výrobě ultrarychle nabíjecích elektrod jsou kompatibilní s řadou chemických látek v bateriích; výzkumníci je také použili k výrobě nikl-metal-hydridových baterií, které se běžně používají v hybridních a elektrických vozidlech.
To, jak rychle se baterie dokáže nabít a následně uvolnit, je primárně omezeno pohybem elektronů a iontů do az katody, elektrody, která je během nabíjení záporná. Výzkumníci se pokoušeli použít nanostrukturované materiály ke zlepšení procesu, ale obvykle existuje kompromis mezi celkovou kapacitou skladování energie (která určuje, jak dlouho může baterie běžet, než bude potřeba dobít) a rychlostí nabíjení. Lidé vyřešili polovinu problému, říká Pavel Braun , profesor materiálové vědy a inženýrství na University of Illinois v Urbana-Champaign.
Skupina Braun vyrobila vysoce porézní kovové pěny potažené velkým množstvím aktivních bateriových materiálů. Kov poskytuje vysokou elektrickou vodivost, a přestože je porézní, struktura pojme dostatek aktivního materiálu pro uložení dostatečného množství energie. Póry umožňují iontům nerušený pohyb.
Prvním krokem při výrobě katod je vytvoření kaše z polymerních kuliček na povrchu vodivého substrátu. Díky svému tvaru a povrchovému náboji se koule samy skládají do pravidelného vzoru. Vědci z Illinois pak používají běžnou techniku zvanou galvanické pokovování k vyplnění prostoru mezi koulemi niklem. Dále rozpustí polymerové koule a většinu kovu, aby ponechali niklovou houbu, která má asi 90 procent volného prostoru. Nakonec vyrostou aktivní materiál na houbě.
Je to kus cesty k produktu, ale máme docela dobré laboratorní ukázky s nikl-metal-hydridovými a lithium-iontovými bateriemi, říká Braun. Skupina Illinois vyrobila lithium-iontové baterie, které se téměř celé nabijí asi za dvě minuty. Metoda by měla být použitelná pro velikosti buněk potřebné pro notebooky a elektromobily, i když je výzkumníci ještě nevytvořili.
Výkon, který dosáhli, je bezprecedentní, říká Andreas Stein, profesor chemie na University of Minnesota. Stein byl průkopníkem metody šablonování polymerních částic, kterou Braunova skupina používala. Braunova práce je popsána v časopise Příroda Nanotechnologie .
Jeff Dahn , profesor fyziky na Dalhousie University, je skeptický, že tyto elektrody někdy skončí ve výrobcích. Když se podíváte na vývojový diagram pro vytvoření této struktury, je to docela komplikované a bude to drahé, říká.
Braun uznává: Mnoho lidí přichází s elegantními [elektrodovými] strukturami, ale jejich výroba je složitá. Říká však, že jeho výrobní proces kombinuje stávající metody, které se v současné době široce používají k výrobě jiných produktů, ne-li k výrobě baterií, a že by nemělo být příliš obtížné je přizpůsobit. Tento proces by přidal další kroky k výrobě baterie, ale tyto kroky nejsou nijak zvlášť drahé ani složité, říká Braun.
Braunova skupina bude dále testovat elektrodovou strukturu s širším rozsahem chemie baterií a pracovat na vylepšení druhé poloviny baterií, anody – složitější projekt.