211service.com
3M lielākas ietilpības litija jonu akumulatori
Līdz nākamā gada beigām inženieri plkst 3 miljoni , kas atrodas Sentpolā, MN, cer, ka akumulatoru ražotājiem būs gatavi jauni materiāli un ražošanas metodes, kas litija jonu akumulatoriem palielinās par 30 procentiem lielāku jaudu. Šīs jaunās metodes atrisinās arī drošības problēmas, kas saistītas ar šādu akumulatoru izmantošanu klēpjdatoros.
Nesenie Sony litija jonu klēpjdatoru akumulatoru atsaukumi saistībā ar bažām, ka akumulatori varētu aizdegties, ietvēra tos, kas tika izmantoti dažos Dell un Apple datoros, un varētu sasniegt pat 9,6 miljonus klēpjdatoru akumulatoru. Tāpēc nav pārsteigums, ka, lai gan Sony saka, ka rūpnīcās ir veiktas izmaiņas, kurām vajadzētu rūpēties par problēmu, daudzi ražotāji cenšas atrast drošākas tehnoloģijas. Taču parasto litija jonu akumulatoru alternatīvas mēdz radīt kompromisus, piemēram, palielinātas izmaksas vai samazinātu enerģijas uzglabāšanas jaudu (skatiet Drošākas, lielākas ietilpības baterijas un Kā turpmākie akumulatori būs ilgāki kalpošanas un drošāki ).
3M sasniegumi ietver jaunus elektrolītus un elektrodu materiālus. Lai gan abi materiāli maksās vairāk nekā parastie litija jonu akumulatori, elektrodu materiālu pievienotajai enerģijas jaudai vajadzētu kompensēt izdevumus, samazinot akumulatora cenas galveno rādītāju, izmaksas par vatstundu, saka 3M pētniecības speciālists Marks Obrovac.
Uzņēmums rūpējas par akumulatoru drošību, uzlabojot elektrolītus, šķidrumu litija jonu akumulatoros, kas vada litija jonus, bet bloķē elektronus, liekot tiem pārvietoties pa ārēju ķēdi, lai darbinātu ierīci. Noteiktos apstākļos, piemēram, ja akumulators ir pārlādēts, pārkarsis vai tam ir iekšējs īssavienojums, ko izraisa bojājumi vai ražošanas problēmas, elektrolīts var ķīmiski reaģēt ar materiāliem akumulatora elektrodos. Dažos gadījumos akumulators var eksplodēt, izsmidzinot elektrolītu apkārtējā gaisā, kur tas var aizdegties kā liesmas metējs, saka Obrovac.
Uzņēmums ir izstrādājis piedevas esošajiem elektrolītiem, kā arī jaunus elektrolītus, kas nereaģēs ar elektrodiem. Patiešām, pakļaujot atklātai liesmai, drošāki elektrolīti neaizdegas. Kā papildu bonuss, saka 3M akumulatoru izpētes tehniskais vadītājs Dags Magnusons, jaunās ķīmiskās vielas darbojas labāk ļoti aukstā temperatūrā, piemēram, mīnus 40 grādi pēc Celsija, kur citi elektrolīti bloķē jonu plūsmu un efektīvi samazina akumulatora ietilpību par 80 līdz 90 procentiem. . Šis jaudas zudums tagad ir galvenais šķērslis litija jonu akumulatoru izmantošanai hibrīdautomobiļos, kas var tikt pakļauti šiem apstākļiem. Jaunie elektrolīti ļautu joniem brīvāk plūst šajās temperatūrās, potenciāli ierobežojot zudumus līdz aptuveni 40 procentiem no jaudas, lēš Obrovac.
3M inženieri arī saka, ka jauni elektrodu materiāli uzlabos akumulatora enerģijas jaudu par 30 procentiem. Piemēram, uzņēmums aizstāj pašreizējos anoda materiālus, kuru pamatā ir grafīts, ar anodu uz silīcija bāzes, kam vajadzētu dubultot anodā uzkrāto litija jonu daudzumu. Litija jonu akumulatoru kapacitāti ierobežo litija daudzums, ko var uzglabāt elektrodos. Grafīta anodiem var būt nepieciešami seši oglekļa atomi, lai uzglabātu tikai vienu litija jonu. Elektrodi, kas satur metālus un metaloīdus, piemēram, alvu vai silīciju, var saturēt daudz vairāk litija jonu, piemēram, gandrīz četrus jonus katram silīcija atomam, veidojot sakausējumus.
Taču šādi elektrodi ir bijuši nepraktiski, jo materiāls var uzbriest līdz trīs reizes lielākam par sākotnējo izmēru, jo tajā ir iekļauti litija joni. Šādas dramatiskas izmēra izmaiņas rada postījumus šūnai, saīsinot tās lietderīgās lietošanas laiku.
3M pieeja samazina anoda izplešanās apjomu, izmantojot amorfu silīciju, nevis kristālisko silīciju, un savienojot to ar inertiem materiāliem, palīdzot stabilizēt sistēmu. 3M inženieri ir arī izstrādājuši labākas metodes materiālu nogulsnēšanai uz plēvēm, kuras vēlāk tiek sarullētas, veidojot cilindrisku akumulatoru. Viņi tagad optimizē šīs metodes liela mēroga ražošanai.
Jaunie materiāli samazina, bet nenovērš izplešanos un saraušanos, joni pārvietojoties anodā un no tā. Rezultātā pētnieki izstrādā jaunus akumulatoru dizainus, kas var absorbēt izmēra izmaiņas. Obrovac saka, ka šiem dizainparaugiem kopā ar jaunajiem elektrodu un elektrolītu materiāliem vajadzētu būt gataviem, lai akumulatoru ražotāji kaut kad nākamajā gadā varētu sākt iekļaut savos produktos.
Teds Millers, uzlaboto akumulatoru tehnoloģiju vadītājs plkst Ford Motors , Dīrbornā, MI, saka, ka pāreja no grafīta uz šāda veida anodiem papildus jaudas palielināšanai ir būtiska, lai tiktu galā ar ārkārtīgi aukstiem apstākļiem, kuriem tie var tikt pakļauti transportlīdzekļu lietojumos. Šādos apstākļos akumulatora uzlāde var izraisīt litija metāla uzkrāšanos, dažkārt dažu minūšu laikā nodarot akumulatora bojājumus vairākus mēnešus. Atkāpjoties no grafīta, tiks novērstas reakcijas, kas izraisa litija-metāla uzkrāšanos, saka Millers.
Pagaidām komerciāli tiek izmantots tikai viens uz sakausējumu balstīts anods: Sony akumulators ar nosaukumu Nexelium, kas izmanto alvas anodu. Taču šī tehnoloģija sāks parādīties biežāk, norāda MIT materiālu zinātnieks Tomēr-Ming Chiang . Viņš saka, ka tas ir ļoti loģisks virziens akumulatoru uzņēmumiem.