SMARTmania.cz

Nová technologie pomůže zvýšit kapacitu Li-ion akumulátorů

Představte si baterii, která by váš telefon udržela v pohotovosti týden a k dobití by stačilo pouhých pár minut. Něco takového se brzy může stát realitou.

V současné době je drtivá většina mobilních zařízení vybavena lithium-iontovým akumulátorem. Pokud zabrousíme do historie, tak zjistíme, že první experimenty s Li-Ion bateriemi prováděl již v roce 1912 G. N. Lewis. Do roku 1960 se vývojem zabývali především výzkumníci z Bellových laboratoří. Poté jsme museli čekat dlouhých 31 let, než firma Sony vyrobila první prodejní verzi. Chemický princip Li-Ion akumulátorů je velmi podobný tomu, který se používá v lithium-polymerových bateriích. Anoda je vyrobena z uhlíku, katoda z oxidu kovu a jako elektrolyt se používá lithiová sůl v organickém rozpouštědle. Mezi výhody Li-Ion akumulátorů patří poměrně dlouhá životnost (500 - 2000 nabíjecích cyklů), téměř žádné samovybíjení a vysoké nominální napětí (3,7 V). Naopak mezi nevýhody  lze zařadit velmi rychlé stárnutí a s tím spojené snižování maximální kapacity, velmi dlouhá doba potřebná k dobití akumulátoru, relativně nízká kapacita energie a v neposlední řadě i riziko výbuchu či vznícení.

-

Konkrétně neduhy v podobě času potřebného k nabití a nízká kapacita akumulátoru se podařily odstranit výzkumníkům z chicagské univerzity Northwestern. Otcem celého projektu je Harold Kung, který před nedávnou dobou zveřejnil článek o pokroku v navýšení kapacity a rychlosti nabíjení Li-Ion akumulátorů. Dle slov H. Kunga se jemu a jeho týmu podařilo najít způsob, jak desetinásobně navýšit kapacitu Li-Ion akumulátorů a zároveň i snížit potřebný čas k úplnému dobití. Kapacita dnešních Lithium-iontových baterií je závislá na limitovaném množství atomů lithia, které přijmou elektrody. U současných akumulátorů připadá jeden atom lithia na šest atomů uhlíku. V minulosti již probíhal experiment s výměnou uhlíku za křemík, který dokázal navázat více atomů lithia, nicméně nesetkal se s úspěchem díky tomu, že křemík se při různé hodnotě nabití výrazně smršťoval či roztahoval a to mělo za následek bleskurychlý úbytek kapacity.

-

Pokud se zaměříme na princip nabíjení akumulátorů, tak zde je rozhodující, jakou rychlostí se dokážou ionty lithia dostat k anodě. Za viníka dlouhé doby nabíjení lze označit listy grafenu, které anodu obalují. Při strastiplné cestě tak ionty lithia musí doplout k jejich okrajům, kde se nachází velmi úzký vstup do celého systému, díky kterému se celý průběh dobíjení ještě více prodlužuje. Profesor Kung a jeho tým však přišli na způsob jak tyto problémy vyřešit. Na katodě i anodě použili křemík, mezi který vložili výše zmíněné listy grafenu, které zároveň pomáhají k jeho stabilizaci. Zároveň tak došlo k navýšení množství lithiových iontů, které se dokážou na křemík navázat. Zrychlení celého procesu nabíjení se podařilo dosáhnout za pomoci vytvoření pomyslných zkratek na listech grafenu. Tyto zkratky lze zjednodušeně popsat jako otvory které měří mezi 10 až 20 nanometry. Ionty tudíž nemusejí již plout až k okrajům grafenových listů, ale můžou využít vytvořené otvory, kterými se dostanou k elektrodám.

-

Tento sofistikovaný způsob má za následek až desetinásobné zkrácení doby potřebné k úplnému nabití akumulátoru. Na první pohled se tedy může zdát, že brzy odzvoní každodennímu dobíjení našich smartphonů. Nicméně jak už u podobných projektů bývá zvykem, tak i tento se potýká s problémy. Konkrétně se jedná o rychlou ztrátu výše uvedených vlastností. Zhruba po stopadesáti cyklech dojde k výraznému snížení kapacity a zároveň i k prodloužení doby potřebné k dobití. Přes tento nemilý fakt má akumulátor stále lepší vlastnosti než současné li-ion baterie. Proto nám tedy nezbývá nic jiného než doufat, že se profesoru Kungovi podaří tuto dětskou nemoc co nejrychleji odstranit. Poté již nebude nic bránit v cestě ke komerční výrobě.

Zdroj: Northwestern


Poslední komentáře Celkem: 24 komentářů


Nepřehlédněte

Aprílové žerty mobilních hráčů: Chytré rukavice, nová Nokia 3310, chytání Pokémonů a další vtípky

Každý rok v tento den si člověk nemůže být jistý, zdali jsou události, o nichž se píše na internetu, pravdivé nebo se jedná o aprílový žert. Ani dnešek nás podobných vtípků neušetřil a…
Aprílové žerty mobilních hráčů: Chytré rukavice, nová Nokia 3310, chytání Pokémonů a další vtípky