211service.com
Batterier som laddas på några sekunder
Ett nytt sätt att tillverka batterielektroder baserade på nanostrukturerade metallskum har använts för att göra ett litiumjonbatteri som kan laddas till 90 procent på två minuter. Om metoden kan kommersialiseras kan det leda till bärbara datorer som laddas på några minuter eller mobiltelefoner som laddas på 30 sekunder.
Skumkraft: Denna litiumjonbatterikatod kan användas för att göra ett batteri som rymmer lika mycket energi som ett konventionellt, men som kan laddas hundra gånger snabbare.
Metoderna som används för att göra de ultrasnabbladdningselektroderna är kompatibla med en rad batterikemier; forskarna har också använt dem för att tillverka nickel-metallhydridbatterier, den typ som vanligtvis används i hybrid- och elfordon.
Hur snabbt ett batteri kan laddas upp och sedan släppa den kraften begränsas i första hand av rörelsen av elektroner och joner in i och ut ur katoden, elektroden som är negativ under omladdning. Forskare har försökt använda nanostrukturerade material för att förbättra processen, men det finns vanligtvis en avvägning mellan total energilagringskapacitet (som avgör hur länge ett batteri kan köras innan det behöver laddas) och laddningshastigheter. Folk löste halva problemet, säger Paul Braun , professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of Illinois i Urbana-Champaign.
Brauns grupp har tillverkat mycket porösa metallskum belagda med en stor mängd aktiva batterimaterial. Metallen ger hög elektrisk ledningsförmåga, och även om den är porös, innehåller strukturen tillräckligt med aktivt material för att lagra en tillräcklig mängd energi. Porerna tillåter joner att röra sig obehindrat.
Det första steget för att göra katoderna är att skapa en uppslamning av polymersfärer på ytan av ett ledande substrat. På grund av sin form och ytladdning, sätts sfärerna ihop till ett regelbundet mönster. Illinois-forskarna använder sedan en vanlig teknik som kallas galvanisering för att fylla utrymmet mellan sfärerna med nickel. Därefter löser de upp polymersfärerna och det mesta av metallen för att lämna en nickelsvamp som är cirka 90 procent öppen. Slutligen odlar de det aktiva materialet ovanpå svampen.
Det är en bit till en produkt, men vi har ganska bra labbdemos med nickel-metallhydrid- och litiumjonbatterier, säger Braun. Illinois-gruppen har tillverkat litiumjonbatterier som laddas nästan helt på cirka två minuter. Metoden borde kunna tillämpas på de cellstorlekar som behövs för bärbara datorer och elbilar, även om forskarna inte har gjort dem ännu.
Prestationen de fick är oöverträffad, säger Andreas Stein, professor i kemi vid University of Minnesota. Stein var banbrytande för den mallmetoden för polymerpartiklar som Brauns grupp använde. Brauns arbete beskrivs i tidskriften Naturens nanoteknik .
Jeff Dahn , professor i fysik vid Dalhousie University, är skeptisk till att dessa elektroder någonsin kommer att hamna i produkter. När du tittar på flödesschemat för att göra den här strukturen är det ganska komplicerat, och det kommer att bli dyrt, säger han.
Braun erkänner: Det finns massor av människor som kommer på eleganta [elektrod]-strukturer, men det är svårt att tillverka dem. Han säger dock att hans tillverkningsprocess kombinerar befintliga metoder som för närvarande används allmänt för att tillverka andra produkter, om inte för att tillverka batterier, och att det inte borde vara alltför svårt att anpassa dem. Processen skulle lägga till extra steg för att göra ett batteri, men dessa steg är inte särskilt dyra eller komplexa, säger Braun.
Brauns grupp kommer härnäst att testa elektrodstrukturen med ett bredare utbud av batterikemi och arbeta med att förbättra batteriernas andra hälft, anoden – ett svårare projekt.