Για μια μακρύτερη διάρκεια ζωής μπαταρίας: Ώθηση των ιονικών μπαταριών λίθιου στο επόμενο επίπεδο απόδοσης

Υψηλής ενέργειας πυκνότητα, εκτεταμένη ζωή κύκλων και καμία επίδραση μνήμης: Οι ιονικές μπαταρίες λίθιου είναι οι πιό διαδεδομένες ενεργειακές συσκευές αποθήκευσης για τις κινητές συσκευές καθώς επίσης και τους φορείς της ελπίδας για την ηλεκτρο κινητικότητα. Οι ερευνητές ψάχνουν τους νέους τύπους του ενεργού υλικού ηλεκτροδίων προκειμένου να ωθηθούν οι μπαταρίες στο επόμενο επίπεδο υψηλής επίδοσης και τη διάρκεια, και για να τις καταστήσουν καλύτερα χρησιμοποιήσιμες για τις μεγάλες συσκευές. «Τα ιονικά υλικά μπαταριών λίθιου Nanostructured θα μπορούσαν να παρέχουν μια καλή λύση,» λέει το Freddy Kleitz από το τμήμα ανόργανης χημείας -- Λειτουργικά υλικά του πανεπιστημίου της Βιέννης, το οποίο μαζί με το Claudio Gerbaldi, ο ηγέτης της ομάδας για τα εφαρμοσμένα υλικά και της ηλεκτροχημείας στο Di Τουρίνο Politecnico, Ιταλία, είναι ο κύριος συντάκτης της μελέτης.

Το 2D/3D nanocomposite βασισμένο σε ένα μικτό μεταλλικό οξείδιο και graphene, αναπτυγμένος από τους δύο επιστήμονες και τις ομάδες τους, ενισχύει σοβαρά την ηλεκτροχημική απόδοση των ιονικών μπαταριών λίθιου. «Στις δοκιμαστικές λειτουργίες μας, η νέα παρεχόμενη σημαντικά βελτιωμένη υλικό συγκεκριμένη ικανότητα ηλεκτροδίων με τη πρωτοφανή αντιστρέψιμη σταθερότητα ανακύκλωσης άνω των 3.000 αντιστρέψιμων κύκλων δαπανών και απαλλαγής ακόμη και στα πολύ υψηλής τάσης καθεστώτα μέχρι 1.280 milliamperes,» λένε τον επικεφαλής τμήματος Freddy Kleitz. Οι σημερινές ιονικές μπαταρίες λίθιου χάνουν την απόδοσή τους μετά από περίπου 1.000 κύκλους φόρτισης.

Νέα συνταγή

Οι συμβατικές άνοδοι υπάρχουν συχνά του υλικού άνθρακα όπως ο γραφίτης. «Τα μεταλλικά οξείδια έχουν μια καλύτερη ικανότητα μπαταριών από από γραφίτη, αλλά είναι αρκετά ασταθή και λιγότερο αγώγιμος,» εξηγεί Kleitz. Οι ερευνητές βρήκαν έναν τρόπο να κάνουν την καλύτερη χρήση των θετικών χαρακτηριστικών γνωρισμάτων και των δύο ενώσεων. Ανέπτυξαν μια νέα οικογένεια των ενεργών υλικών ηλεκτροδίων, που έδρευσε σε ένα μικτό μεταλλικό οξείδιο και ιδιαίτερα τον αγώγιμο και τη σταθεροποίηση graphene, παρουσιάζοντας ανώτερα χαρακτηριστικά έναντι εκείνων των περισσότερων nanostructures και σύνθετων μεταλλικών οξειδίων μετάβασης.

Σαν πρώτο βήμα, βασισμένο σε μια πρόσφατα σχεδιασμένη διαδικασία μαγειρέματος, οι ερευνητές ήταν σε θέση να αναμίξουν το χαλκό και το νικέλιο homogenously και κάτω από τον ελεγχόμενο τρόπο για να επιτύχουν το μικτό μέταλλο. Με βάση -- μια μέθοδος για να παραγάγει τα mesoporous υλικά -- δημιούργησαν τα δομημένα nanoporous μικτά μόρια μεταλλικών οξειδίων, τα οποία λόγω του εκτενούς δικτύου πόρων τους έχουν μια πολύ υψηλή ενεργό περιοχή αντίδρασης για την ανταλλαγή με το ιόν λίθιου από τον ηλεκτρολύτη της μπαταρίας. Οι επιστήμονες εφάρμοσαν έπειτα μια διαδικασία ξήρανσης ψεκασμού για να τυλίξουν τα μικτά μόρια μεταλλικών οξειδίων στενά με τα λεπτά στρώματα graphene.

Απλό και αποδοτικό σχέδιο

Η χρήση των ιονικών μπαταριών λίθιου για την ε-κινητικότητα θεωρείται προβληματικός από περιβαλλοντική άποψη, π.χ. λόγω της ακατέργαστης υλικός-εντατικής παραγωγής τους. Οι μικρές μπαταρίες που μπορούν να αποθηκεύσουν όσο το δυνατόν περισσότερη ενέργεια, να διαρκέσουν καθ' όσο είναι δυνατό και δεν είναι πάρα πολύ με υψηλό κόστος για να κατασκευάσουν θα μπορούσαν να προωθήσουν τη χρήση τους στις μεγάλης κλίμακας συσκευές. «Έναντι των υπαρχουσών προσεγγίσεων, η καινοτόμος στρατηγική εφαρμοσμένης μηχανικής μας για τη νέα υψηλός-εκτέλεση και το μακράς διαρκείας υλικό ανόδων είναι απλές και αποδοτικές. Είναι μια βασισμένη στο νερό διαδικασία και επομένως φιλικός προς το περιβάλλον και έτοιμος να απευθυνθούν στο βιομηχανικό επίπεδο,» οι συντάκτες μελέτης ολοκληρώνουν

από: Ειδήσεις επιστήμης