„Твърдотелна” батерия ще захранва по-дълго смартфоните

Смартфоните ще работят дни наред с нов тип твърдотелна батерия(снимка: CC0 Public Domain)   12 Февруари, 10:12     0  

Изследователи от MIT заменят течния електролит с твърд материал

Смартфоните ще работят дни наред с нов тип твърдотелна батерия(снимка: CC0 Public Domain)

Учените постоянно търсят нови начини за подобряване на ефективността на литиевите батерии, използвани масово в мобилни устройства, а вече и в електромобилите. Един от подходите е замяната на някои от течните компоненти с твърди.

Известни като „твърдотелни батерии”, тези експериментални устройства могат значително да удължат пробега на електрическите превозни средства и живота на мобилните телефони. Сега учени от MIT са постигнали съществен напредък към това бъдеще, демонстрирайки нов тип твърдотелна батерия, която преодолява някои ограничения на досегашния дизайн, пише .

При обикновената акумулаторна литиева батерия има течен електролит, който служи като среда, през която се движат литиевите йони напред и назад между анода и катода. Един от проблемите е, че тази течност е силно летлива. Понякога се случва тя да изтече, което може да доведе до пожари – какъвто беше случаят със смартфона Galaxy Note 7 на Samsung.

Замяната на този течен електролит с твърд материал не само би направила батериите по-безопасни и по-малко склонни към пожари, но и би могла да отвори нови възможности за подобрение на други ключови компоненти на батериите. Анодът при днешните литиеви батерии се прави от смес от мед и графит. Но ако бъде направен от чист литий, ще може да се преодолее „тясното място от гледна точка на енергийната плътност на съвременната литиево-йонна химия”, според скорошно проучване, публикувано в „Trends in Chemistry”.

Огромният потенциал на анода от чист литий го прави задача с висок приоритет сред изследователите в областта на батериите. Затова въвеждането на жизнеспособен твърд електролит в практиката се разглежда като крайъгълен камък в усилията за подобряване на съвременните акумулатори.

Но има и значителни препятствия. По време на презареждане на акумулаторите атомите се натрупват вътре в литиевия метал, което го разширява – а по време на разреждане той се свива. Това означава, че при работа с твърдотелен електролит е почти невъзможен постоянният контакт между материалите. Освен това е най-вероятно да се получи разрушаване на електролита.

Именно това е проблемът, който новата архитектура на MIT може да преодолее, казват учените. Тя включва комбинация 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 твърд литиев метал, за да образуват анода на батерията. И тъй като вътре във всяка от тези тръбички има допълнително пространство, литиевият метал има свобода за разширяване и свиване по време на зареждането и разреждането. По този начин материалът е на границата между твърдо и течно вещество, като поведението му наподобява течност, а в същото време поддържа твърда кристална структура през целия процес.

Всичко това се осъществява вътре в структурата на анод, структуриран под формата на пчелна пита, като ELI покрива стените на нанотръбичките и действа като свързващо вещество между тях и твърдия електролит. Това означава, че при зареждането на батерията променящите се размери на литиевия метал изцяло остават „заключени” вътре в конструкцията, а външните размери са непроменени.

Крайният резултат от това е анод на акумулатор, който е химически и механично стабилен, докато преживява множество цикли на зареждане и разреждане. Литият така и не губи електрически контакт с твърдия електролит.

Екипът от учени вижда това като значителен напредък спрямо други експериментални твърдотелни батерии, които обикновено разчитат на някакъв вид течен електролит, смесен с нещо твърдотелно, за да работи системата. „В нашия случай наистина всичко е твърдотелно”, казва Джу Ли, професор по материалознание и инженерство в MIT. „В него няма никаква течност или гел”.

Екипът е провел експерименти, за да тества твърдотелната архитектура на батерията, и съобщава, че тя е успяла да издържи 100 цикъла на зареждане и разреждане без никакви признаци на увреждане. По-нататък технологията ще позволи направата на аноди, които тежат около една четвърт от сегашните, но със същия капацитет за съхранение. В комбинация с други авангардни мерки това ще доведе до възможност смартфоните да със същото тегло и размер, но да се зареждат веднъж на няколко дена.

Източник: technews.bg

Технологии  


от седмицата

видео

Богатият набор от физиономии на доктор Кантарджиев


Photo Smart Vratsa
последни

вицове
Шеф влиза в офиса си и не може да повярва на очите си: негов служител си е сложил възглавница на бюрото, полегнал е върху нея, че дори се е завил с някакво одеяло. Шефът побеснява: - Ама какво е това? Аз да работиш ли ти плащам или да спиш? Служителят отговаря сънено: - Ааааа, ако ще си говорим за това колко ми плащаш, май трябваше да си донеса и пижама.още вицове

©2015-2020 Vratsa Guide.