Przełom w technologii baterii litowo-jonowych?
Jednym z największych ograniczeń urządzeń mobilnych są bez wątpienia baterie, których technologia rozwija się niestety dość powoli. Wygląda jednak na to, że w końcu może czekać nas przełom - zespół inżynierów z Northwestern University w stanie Illinois opracował nową technikę wykonania elektrod, która dziesięciokrotnie zwiększa pojemność baterii litowo-jonowych oraz w równym stopniu skraca czas ich ładowania.
Efektem prac zespołu pod kierownictwem prof. Harolda H. Kunga jest publikacja pod tytułem In-Plane Vacancy-Enabled High-Power Si–Graphene Composite Electrode for Lithium-Ion Batteries. W dużym skrócie, baterie litowo-jonowe zasilają urządzenia dzięki reakcji chemicznej, w wyniku której jony litu przemieszczają się pomiędzy anodą i katodą w ośrodku zwanym elektrolitem. Technologia ta ma dwa ograniczenia - pojemność baterii limituje gęstość magazynowania ładunku (ile jonów litu można upakować na anodzie i katodzie), natomiast prędkość ładowania zależy od tego, jak szybko jony przemieszczają się przez elektrolit do anody. Dotychczas naukowcy próbowali zwiększyć pojemność baterii stosując elektrody krzemowe. Mogą one pomieścić więcej ładunku, niż stosowane obecnie anody węglowe, ale niestety podlegają znacznemu rozszerzaniu się i kurczeniu, co prowadzi do fragmentacji i spadku pojemności.
Naukowcy z Northwestern University znaleźli sprytny sposób na połączenie warstw niestabilnego krzemu ze stabilizującymi warstwami bazującego na węglu grafenu, co znacznie większa pojemność baterii i zapobiega spadku jej wydajności z czasem. Nawet po 150 cyklach taka bateria byłaby pięciokrotnie bardziej wydajna od obecnie stosowanych. To jeszcze nie wszystko, zespół profesora Kunga wykorzystał również proces utleniania do stworzenia kilkunasto-nanometrowych dziur w warstwach węgla (nazwali je "in-plane defects"), co znacznie przyspiesza transport jonów do anody, co z kolei dziesięciokrotnie redukuje czas ładowania.
Dotychczasowe badania skupiały się głównie na technologii wykonania anod. Naukowcy zamierzają teraz rozpocząć badania nad technologią wykonania katod oraz nad systemem elektrolitu, który pozwoliłby baterii automatycznie wyłączać się przed przegrzaniem. Pozwoliłoby to zastosować ich pomysł nie tylko w bateriach do gadżetów elektronicznych, ale również w systemach zasilania elektrycznych samochodów.
Takie tematy przypominają, że za każdym seksownym gadżetem zmieniającym świat stoją nie tylko ludzie typu Steve Jobs, ale również (lub przede wszystkim) naukowcy jak prof. Kung. Ich praca jest często znacznie mniej widowiskowa i trudniejsza do zrozumienia, ale patrząc realnie może prościej zmieniać świat w ten sposób, niż liczyć na szczęście zostania jednym z Jobsów, Gatesów lub Zuckerbergów?