Új, 2000-szer erősebb, 1000-szer gyorsabban feltölthető lítium-ion akkumulátor-kialakítás

Illinoisi Egyetem, 3D porózus mikrostruktúra lítium-ion akkumulátor

Az Illinois-i Egyetem kutatói, az Urbana-Champaign új lítium-ion akkumulátor technológiát fejlesztettek ki, amely 2000-szer nagyobb teljesítményű, mint az összehasonlítható elemeké. A kutatók szerint ez nem egyszerűen evolúciós lépés az akkumulátortechnikában: „Ez egy új, lehetővé tévő technológia ... megtörik az energiaforrások szokásos paradigmáit. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy különböző, új dolgokat tegyünk. '

Jelenleg az energiatárolás kompromisszumokról szól. Lehet sok energiád (watt) vagy sok energiád (wattóra), de általában nem lehet mindkettő. Szuperkondenzátorok hatalmas mennyiségű energiát szabadíthat fel , de csak néhány másodpercig; az üzemanyagcellák hatalmas mennyiségű energiát tárolhatnak, de csúcsteljesítményük korlátozott. Ez azért probléma, mert a legmodernebb technológiák - okostelefonok, hordható számítógépek, elektromos járművek - nagy mennyiségű áramot igényelnek és energia. A lítium-ion akkumulátorok jelenleg a legjobb megoldást jelentik a nagy teljesítményű és energiájú alkalmazásokhoz, de még a legjobb li-ion akkumulátorok is megkövetelik, hogy az ipari tervezők és az elektronikai mérnökök komoly kompromisszumokat kössenek egy új eszköz létrehozásakor.



Ami szépen rávezet bennünket az Illinoisi Egyetem akkumulátorára, amelynek nagyobb a teljesítménysűrűsége, mint egy szuperkondenzátornak, ugyanakkor összehasonlítható az energia sűrűsége a jelenlegi nikkel-cink és lítium-ion akkumulátorokkal. Alapján az egyetem sajtóközleménye , ez az új akkumulátor lehetővé teheti a vezeték nélküli eszközök számára, hogy 30-szor messzebb továbbítsák jeleiket - vagy, ami még hasznosabb, 30-szor kisebb akkumulátorral lehet felszerelni. Ha ez nem lenne elég, ez az új akkumulátor újratölthető - és 1000-szer gyorsabban tölthető, mint a hagyományos li-ion akkumulátorok. Röviden, ez egy álom akkumulátor. (Lát: 5 éven belül ötszörös kapacitású vegyi akkumulátort kér a DoE - meg lehet csinálni? )





Az Illinoisi Egyetemet szemléltető ábra

Ezek a hatalmas előrelépések egy vadonatúj katód- és anódszerkezetből fakadnak, amelyet az Illinoisi Egyetem kutatói úttörőnek mutattak be. Lényegében egy szokásos li-ion akkumulátor általában szilárd, kétdimenziós anódot tartalmaz grafitból és katódot lítiumsóból. Az új Illinois-i akkumulátor viszont porózus, háromdimenziós anóddal és katóddal rendelkezik. Ennek az új elektródszerkezetnek a létrehozása érdekében a kutatók felépítik a polisztirol (hungarocell) szerkezetet egy üvegszubsztrátumon, az elektrodepozíciós nikkelt a polisztirolra, majd az anódra elektrodepozíciós nikkel-ónt, a katódra pedig a mangán-dioxidot. A fenti ábra jól megmagyarázza a folyamatot.



A végeredmény az, hogy ezek a porózus elektródák hatalmas felülettel rendelkeznek, lehetővé téve több kémiai reakció lejátszódását egy adott térben, ami végül hatalmas lendületet ad a kisütési sebességnek (kimeneti teljesítmény) és a töltésnek. Eddig a kutatók ezt a technológiát alkalmazták egy gomb méretű mikrotek elõállításához, és az alábbi grafikonon láthatja, hogy az akkumulátoruk mennyire hasonlít a hagyományos Sony CR1620 gombelemekhez. Az energia sűrűsége valamivel alacsonyabb, de az energia sűrűsége 2000-szer nagyobb. A vérző szél spektrumának ellenkező végén - megnövekedett energiasűrűség, de kisebb teljesítménysűrűség - akkor Az IBM lítium-levegős akkumulátora jelenleg vezeti a csomagot .



Energia sűrűség és teljesítmény sűrűség különféle akkumulátortechnológiák esetében, beleértve az Illinoisi Egyetemet

Energiasűrűség és teljesítménysűrűség különféle akkumulátortechnológiákhoz, beleértve az Illinoisi Egyetem új mikrostrukturált anód / katód lítium-ion akkumulátorát

A való használatban valószínűleg ezt a technológiát használják arra, hogy a fogyasztói eszközöket sokkal kisebb és könnyebb akkumulátorokkal szereljék fel - képzeljen el egy okostelefont, amelynek vastag akkumulátora hitelkártya, amely néhány másodperc alatt újratölthető. Rengeteg alkalmazás lesz a fogyasztói téren kívül is, nagy teljesítményű beállításokban, például lézerekben és orvostechnikai eszközökben, és más területeken, amelyek általában szuperkondenzátorokat használnak, mint például a Forma-1-es autók és a gyorsan feltölthető elektromos szerszámok. Ennek megvalósításához azonban az Illinoisi Egyetemnek először be kell bizonyítania, hogy technológiájuk nagyobb akkumulátorméretre bővül, és hogy a gyártási folyamat nem túlzottan drága a kereskedelmi célú gyártáshoz. Itt reménykedünk.