„Твърдотелна” батерия ще захранва по-дълго смартфоните
Изследователи от MIT заменят течния електролит с корав материал
Смартфоните ще работят дни наред с нов вид твърдотелна батерия
(снимка: CC0 Public Domain)
У чените непрекъснато търсят нови способи за възстановяване на успеваемостта на литиевите акумулатори, употребявани всеобщо в мобилни устройства, а към този момент и в електрическите автомобили. Един от методите е з амяната на някои от течните съставни елементи с твърди.
Известни като „ твърдотелни акумулатори ”, тези пробни устройства могат доста да удължат пробега на електрическите транспортни средства и живота на мобилните телефони. Сега учени от MIT са постигнали значителен прогрес към това бъдеще, демонстрирайки нов вид твърдотелна батерия, която преодолява някои ограничавания на досегашния дизайн, написа GreenTech.bg.
При елементарната акумулаторна литиева батерия има течен електролит, който служи като среда, през която се движат литиевите йони напред и обратно сред анода и катода. Един от проблемите е, че тази течност е мощно летлива. Понякога се случва тя да изтече, което може да докара до пожари – какъвто беше казусът със смарт телефона Galaxy Note 7 на Samsung.
Замяната на този течен електролит с корав материал освен би направила батериите по-безопасни и по-малко склонни към пожари, само че и би могла да отвори нови благоприятни условия за усъвършенстване на други основни съставни елементи на батериите. Анодът при днешните литиеви акумулатори се прави от примес от мед и графит. Но в случай че бъде изработен от чист литий, ще може да се преодолее „ тясното място от позиция на енергийната компактност на актуалната литиево-йонна химия ”, съгласно скорошно изследване, оповестено в „ Trends in Chemistry ”.
още по тематиката
Огромният капацитет на анода от чист литий го прави задача с висок приоритет измежду откривателите в региона на батериите. Затова въвеждането на жизнерадостен корав електролит в практиката се преглежда като крайъгълен камък в напъните за възстановяване на актуалните батерии.
Но има и обилни трудности. По време на презареждане на акумулаторите атомите се натрупват вътре в литиевия метал, което го уголемява – а по време на разреждане той се свива. Това значи, че при работа с твърдотелен електролит е съвсем неосъществим непрекъснатият контакт сред материалите. Освен това е най-вероятно да се получи разрушение на електролита.
Именно това е казусът, който новата архитектура на MIT може да преодолее, споделят учените. Тя включва композиция от твърди материали, известни като „ смесени йонно-електронни проводници ” (MIEC) и „ електронни и литиево-йонни изолатори ” (ELI). Те са вградени в триизмерна архитектура с форма на пчелна пита, където масив от нанотръбички, направени от MIEC, образува решаващото парче от пъзела.
Тръбичките се напълват с корав литиев метал, с цел да образуват анода на батерията. И защото вътре във всяка от тези тръбички има в допълнение пространство, литиевият метал има независимост за разширение и стесняване по време на зареждането и разреждането. По този метод материалът е на границата сред твърдо и течно вещество, като държанието му прилича течност, а в това време поддържа твърда кристална конструкция през целия развой.
Всичко това се реализира вътре в структурата на анод, структуриран под формата на пчелна пита, като ELI покрива стените на нанотръбичките и работи като свързващо вещество сред тях и твърдия електролит. Това значи, че при зареждането на батерията изменящите се размери на литиевия метал напълно остават „ заключени ” вътре в структурата, а външните размери са непроменени.
Крайният резултат от това е анод на батерия, който е химически и механично постоянен, до момента в който претърпява голям брой цикли на зареждане и разреждане. Литият по този начин и не губи електрически контакт с твърдия електролит.
Екипът от учени вижда това като забележителен прогрес по отношение на други пробни твърдотелни акумулатори, които нормално разчитат на някакъв тип течен електролит, разбъркан с нещо твърдотелно, с цел да работи системата. „ В нашия случай в действителност всичко е твърдотелно ”, споделя Джу Ли, професор по материалознание и инженерство в MIT. „ В него няма никаква течност или гел ”.
Екипът е провел опити, с цел да тества твърдотелната архитектура на батерията, и оповестява, че тя е съумяла да издържи 100 цикъла на зареждане и разреждане без никакви признаци на увреждане. По-нататък технологията ще разреши изработката на аноди, които тежат към една четвърт от сегашните, само че със същия потенциал за предпазване. В композиция с други авангардни ограничения това ще докара до опция смарт телефоните да със същото тегло и размер, само че да се зареждат един път на няколко дни.
Смартфоните ще работят дни наред с нов вид твърдотелна батерия
(снимка: CC0 Public Domain)
У чените непрекъснато търсят нови способи за възстановяване на успеваемостта на литиевите акумулатори, употребявани всеобщо в мобилни устройства, а към този момент и в електрическите автомобили. Един от методите е з амяната на някои от течните съставни елементи с твърди.
Известни като „ твърдотелни акумулатори ”, тези пробни устройства могат доста да удължат пробега на електрическите транспортни средства и живота на мобилните телефони. Сега учени от MIT са постигнали значителен прогрес към това бъдеще, демонстрирайки нов вид твърдотелна батерия, която преодолява някои ограничавания на досегашния дизайн, написа GreenTech.bg.
При елементарната акумулаторна литиева батерия има течен електролит, който служи като среда, през която се движат литиевите йони напред и обратно сред анода и катода. Един от проблемите е, че тази течност е мощно летлива. Понякога се случва тя да изтече, което може да докара до пожари – какъвто беше казусът със смарт телефона Galaxy Note 7 на Samsung.
Замяната на този течен електролит с корав материал освен би направила батериите по-безопасни и по-малко склонни към пожари, само че и би могла да отвори нови благоприятни условия за усъвършенстване на други основни съставни елементи на батериите. Анодът при днешните литиеви акумулатори се прави от примес от мед и графит. Но в случай че бъде изработен от чист литий, ще може да се преодолее „ тясното място от позиция на енергийната компактност на актуалната литиево-йонна химия ”, съгласно скорошно изследване, оповестено в „ Trends in Chemistry ”.
още по тематиката
Огромният капацитет на анода от чист литий го прави задача с висок приоритет измежду откривателите в региона на батериите. Затова въвеждането на жизнерадостен корав електролит в практиката се преглежда като крайъгълен камък в напъните за възстановяване на актуалните батерии.
Но има и обилни трудности. По време на презареждане на акумулаторите атомите се натрупват вътре в литиевия метал, което го уголемява – а по време на разреждане той се свива. Това значи, че при работа с твърдотелен електролит е съвсем неосъществим непрекъснатият контакт сред материалите. Освен това е най-вероятно да се получи разрушение на електролита.
Именно това е казусът, който новата архитектура на MIT може да преодолее, споделят учените. Тя включва композиция от твърди материали, известни като „ смесени йонно-електронни проводници ” (MIEC) и „ електронни и литиево-йонни изолатори ” (ELI). Те са вградени в триизмерна архитектура с форма на пчелна пита, където масив от нанотръбички, направени от MIEC, образува решаващото парче от пъзела.
Тръбичките се напълват с корав литиев метал, с цел да образуват анода на батерията. И защото вътре във всяка от тези тръбички има в допълнение пространство, литиевият метал има независимост за разширение и стесняване по време на зареждането и разреждането. По този метод материалът е на границата сред твърдо и течно вещество, като държанието му прилича течност, а в това време поддържа твърда кристална конструкция през целия развой.
Всичко това се реализира вътре в структурата на анод, структуриран под формата на пчелна пита, като ELI покрива стените на нанотръбичките и работи като свързващо вещество сред тях и твърдия електролит. Това значи, че при зареждането на батерията изменящите се размери на литиевия метал напълно остават „ заключени ” вътре в структурата, а външните размери са непроменени.
Крайният резултат от това е анод на батерия, който е химически и механично постоянен, до момента в който претърпява голям брой цикли на зареждане и разреждане. Литият по този начин и не губи електрически контакт с твърдия електролит.
Екипът от учени вижда това като забележителен прогрес по отношение на други пробни твърдотелни акумулатори, които нормално разчитат на някакъв тип течен електролит, разбъркан с нещо твърдотелно, с цел да работи системата. „ В нашия случай в действителност всичко е твърдотелно ”, споделя Джу Ли, професор по материалознание и инженерство в MIT. „ В него няма никаква течност или гел ”.
Екипът е провел опити, с цел да тества твърдотелната архитектура на батерията, и оповестява, че тя е съумяла да издържи 100 цикъла на зареждане и разреждане без никакви признаци на увреждане. По-нататък технологията ще разреши изработката на аноди, които тежат към една четвърт от сегашните, само че със същия потенциал за предпазване. В композиция с други авангардни ограничения това ще докара до опция смарт телефоните да със същото тегло и размер, само че да се зареждат един път на няколко дни.
Източник: technews.bg
КОМЕНТАРИ