211service.com
Vienkāršs veids, kā palielināt akumulatora krātuvi
Litija jonu akumulatoru elektrodiem, kas savienoti kopā ar jaunu augsti vadošu materiālu, ir daudz lielāka uzglabāšanas jauda, kas galu galā varētu palielināt elektrisko automašīnu klāstu un viedtālruņu akumulatoru kalpošanas laiku, nepalielinot to izmaksas. Atšķirībā no daudziem lielas ietilpības elektrodiem, kas izstrādāti dažu pēdējo gadu laikā, tos var izgatavot, izmantojot aprīkojumu, kas jau ir pieejams mūsdienu akumulatoru rūpnīcās.
Baterijas saistviela: Šajā mikroskopiskajā attēlā ir redzams silīcija elektrods pirms uzlādes (pa kreisi) un pēc 32 cikliem. Jauna saistviela notur daļiņas cieši kopā.
Galvenais ir elastīgs, ļoti vadošs polimēru saistviela, ko var izmantot, lai saturētu kopā silīciju, alvu un citus materiālus, kas var uzglabāt daudz enerģijas, bet kas parasti ir nestabili. Lorensa Bērklija Nacionālās laboratorijas pētnieki rūpīgi izstrādāja šo jauno polimēru saistvielu un izmantoja to, lai izgatavotu silīcija anodu uzlādējamam litija jonu akumulatoram, kura uzglabāšanas ietilpība ir par 30 procentiem lielāka nekā pašlaik tirgū esošajām. Tas laika gaitā ir arī stabilāks nekā iepriekš izstrādātie elektrodi.
Kad litija jonu akumulators ir uzlādēts, litija jonus uzņem viens no elektrodiem, ko sauc par anodu. Jo vairāk litija var saturēt anodā, jo vairāk enerģijas var uzglabāt akumulators. Silīcijs ir viens no daudzsološākajiem anoda materiāliem: tas var uzglabāt 10 reizes vairāk litija nekā grafīts, ko izmanto anodu izgatavošanai litija jonu akumulatoros, kas šobrīd ir tirgū. Grafīts uzsūc litiju kā sūklis, saglabājot savu formu, bet silīcijs ir vairāk kā balons, saka Gao Liu pētnieks Bērklija laboratorijas Vides enerģijas tehnoloģiju nodaļā.
Tomēr, tā kā silīcija anodi uzbriest un saraujas, mainoties tilpumam trīs vai četras reizes, kad tie tiek uzlādēti un izlādēti, akumulatora jauda laika gaitā samazinās. Pēc dažām uzlādes un izlādes kārtām diezgan drīz silīcija daļiņas nesaskaras viena ar otru, kas nozīmē, ka anods nevar vadīt elektrību, saka Liu.
Viena pieeja problēmai ir strukturēt šos anodus pilnīgi citā veidā, piemēram, audzējot pinkainus silīcija nanovadu blokus, kas var saliekties, uzbriest un pārvietoties, litijam ienākot un izplūstot. Šo pieeju komercializē Amprius, starta uzņēmums Palo Alto, Kalifornijā. Taču nanovadu audzēšanai ir nepieciešami jauni procesi, kas parasti netiek izmantoti akumulatoru ražošanā.
Mūsdienu anodi tiek izgatavoti, krāsojot uz šķīdinātāju bāzes veidotu grafīta daļiņu vircu, kas tiek turēta kopā ar saistvielu. Tas ir vienkāršs process, kas samazina izmaksas. Bērklija pētnieki uzskata, ka jaunu akumulatoru materiālu, piemēram, silīcija, izgatavošanas atslēga ir pieturēties pie šī ražošanas procesa. Tas nozīmēja, ka tiks izstrādāta gumijas saistviela, kas pieliptu silīcija daļiņām, saglabātu augstu vadītspēju skarbajā anoda vidē un izstieptos un sarautos, anodam uzbriest un iztukšot.
Lielākā daļa darbu pie uzlabotām baterijām ir vērsti uz aktīvajiem materiāliem, taču mēs esam nospieduši šos materiālus līdz robežai, saka Jurijs Gogotsi , Dreksela universitātes materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors. Tagad tas, kas mūs ierobežo, ir saistvielas.
Lasot rakstus par silīcija akumulatoru saistvielām, Liu pamanīja, ka pētnieki pieļauj fatālas kļūdas, izvēloties polimērus, kas zaudē vadītspēju tādos apstākļos, kādi ir, piemēram, anodā. Viņš strādāja ar teorētiskajiem ķīmiķiem, lai izveidotu polimēru sarakstu ar atbilstošajām elektriskām īpašībām. Kad viņi to atrada, viņi to mainīja, lai padarītu to daudz lipīgāku. Kad viņi izstrādāja un raksturoja šo jauno materiālu, viņi varēja izgatavot silīcija anodus, izmantojot parastos procesus, un pārbaudīt tos baterijās.
Berkeley grupas anodi ir pārbaudīti vairāk nekā 650 uzlādes ciklos. To uzglabāšanas jauda ir 1400 miliampērstundas uz gramu, kas ir daudz lielāka nekā 300, ko uzglabā parastie anodi. Pilnas baterijas ar anodiem uzglabā apmēram 30% vairāk enerģijas nekā komerciāls litija jonu akumulators. Parasti akumulatora jauda palielinās par aptuveni 5 procentiem gadā, atzīmē Liu. Viņš saka, ka viņi ir pārbaudījuši saistvielu citos akumulatora anodos, tostarp tajos, kas izgatavoti no alvas, kuriem ir līdzīgs potenciāls un problēmas, un ka tai vajadzētu darboties visiem šādiem materiāliem.
Šo bateriju uzglabāšanas jauda ir gandrīz tikpat laba kā tām, kas izgatavotas no tīra silīcija nanovadiem bez saistvielām, saka. Yi Cui , Stenfordas materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors un viens no Amprius dibinātājiem. Viņš saka, ka tas ir iespaidīgi, ņemot vērā, ka saistviela neuzglabā litiju.
Liu grupa tagad sadarbojas ar 3M pētniekiem anoda izpētē. Uzņēmums 3M palielina tādu akumulatoru materiālu ražošanu, kuru pamatā ir silīcijs, lai uzlādes laikā neizpletos tik daudz, saka Kevins Ebermans, kurš izstrādā akumulatoru materiālu produktus uzņēmumā. 3M elektronika Sentpolā, Minesotā. Bet, lai tie darbotos, galvenais ir labs saistviela. Uzņēmums nodrošina Berkeley grupai materiālus testēšanai. Liu saka, ka Berkeley grupa ir patentējusi saistvielas un risina sarunas ar dažiem uzņēmumiem par veidiem, kā tās komercializēt.