Northwestern University ingeniører hævder, at de har udviklet teknologi, der kunne forbedre genopladelige batterier.
Universitetet sagde i en erklæring om, at forskerholdet har skabt en elektrode til lithium-ion batterier, der giver dem mulighed for at holde en opladning på op til 10 gange større end den nuværende teknologi.
Oplader 10 gange hurtigere
Batterier med elektroden er også rapporteret at være i stand til at oplade 10 gange hurtigere end de nuværende batterier.
Forskerne er rapporteret at have opnået dette ved at kombinere to kemisk-tekniske tilgange.
“Selv efter 150 opladninger, hvilket ville være et år eller flere af drift, er batteriet stadig fem gange mere effektive end lithium-ion-batterier på markedet i dag,” forklarede Prof Harold Kung fra McCormick School of Engineering og Applied Science.
Lithium-ion batterier oplader gennem en kemisk reaktion, hvor lithium ioner bliver sendt mellem to ender af batteriet, anoden og katoden.
Under de nuværende genopladelige batterier, anoden, som er lavet af flere lag af kulstof-baserede graphene plader, der kun kan rumme en lithium atom for hver seks kulstofatomer. For at øge energi kapacitet, har forskerne tidligere eksperimenteret med at erstatte kul med silicium, som silicium kan rumme meget mere lithium – fire lithium atomer for hver silicium atom. Men silicium udvider og kontrakter dramatisk i opladningen, resulterer i en opsplitning og miste sin opladningskapacitet hurtigt.
I øjeblikket er den hastighed af en batteriets opladning sats hindres af formen af graphene plader, de er ekstremt tynde, men i sammenligning, meget lang. Under opladningen skal et lithium-ion rejse hele vejen til den ydre kanter af graphene ark, inden de kommer ind og kommer til hvile mellem pladerne. Fordi det tager så lang tid for lithium til at rejse til midten af graphene ark, en ionisk ‘trafikprop’ forekommer omkring kanterne af materialet.
Kombination af to teknikker
Kung forskningsteam har kombineret to teknikker til bekæmpelse af begge af disse problemer. For det første at stabiliseres silicium for at opretholde maksimal opladningskapacitet, det klemt inde klynger af silicium mellem graphene ark. Dette gav mulighed for et større antal lithium atomer i elektroden, mens udnytte fleksibiliteten i graphenes ark til at rumme de mængdemæssige ændringer af silicium under brug.
‘Nu er vi næsten få det bedste fra begge verdener, ” sagde Kung. “Vi har meget højere energitæthed på grund af silicium og sandwiching reducerer kapacitetens tab forårsaget af silicium ekspanderende og kontraktindgåelse. Selv om silicium klynger bryde op, vil den silicium ikke gå tabt. ”
Kungs team har også brugt en kemisk oxidation proces for at skabe mikroskopiske huller (10 til 20nm) i graphene ark, betegnes som “in-plane defekter”, således at lithium ioner ville have en “genvej” til anoden og opbevares der gennem deres reaktion med silicium.
Den teknologi kan bane vejen for bedre batterier i mobiltelefoner og iPods, samt mere effektive og mindre batterier til elbiler. Forskerholdet mener, at teknologien kan ses på markedet i de næste tre til fem år.
