Nueva Li-ion Battery Design aumenta la capacidad de energía y la velocidad de carga de 10 veces

Nueva bateria que aumenta capacidad y velocidad de carga


Durante años, los diseñadores de la batería ha estado buscando la próxima gran cosa en la tecnología de almacenamiento de energía que podría sustituir a las baterías de iones de litio actualmente se encuentra en todo, desde computadoras portátiles a los teléfonos inteligentes para coches. Resulta que puede tener, simplemente es necesario repensar el actual li-ion. Investigadores de la Northwestern University han re-diseñado una batería de litio-ion que puede almacenar diez veces la carga de las baterías actuales en el mercado, y pueden cobrar diez veces más rápido.

El truco: un ánodo de nuevo diseño que aborda los dos problemas principales la celebración de li-ion de nuevo - la capacidad de carga y velocidad de carga. Li-ion de trabajo a través de una reacción química en la que los iones de litio se intercambian entre los dos extremos de una batería (conocido como el ánodo y el cátodo). Como la energía se quema por un dispositivo, los iones de viaje de donde están almacenados en el ánodo a través de un electrolito hacia el cátodo. En el proceso, la carga eléctrica se pasa al dispositivo como los iones de hacer la transición a través del electrolito. Cuando se carga la batería, los iones se mueven en la dirección opuesta, del cátodo al ánodo.


Diseño del ánodo actual se basa en las hojas de grafeno - un átomo de espesor de capas de carbono - que almacenan los iones de litio. Sin embargo, estos ánodos puede almacenar solamente un átomo de litio por cada seis átomos de carbono, una densidad de carga más bajos. Los diseñadores han experimentado con materiales como el silicio, que puede contener cuatro átomos de litio por cada átomo de silicio, silicio, pero tiende a expandirse y contraerse de manera significativa durante el proceso de carga, haciendo que los fragmentos. Esto, naturalmente, reduce la vida útil del ánodo

Un diseño basados ​​en el grafeno también se reduce la velocidad de carga. Debido a la geometría de las hojas de grafeno - muy delgado pero muy largo - los iones de litio tiene que hacer un largo viaje a los bordes de las hojas de grafeno y luego abrirse paso en el interior. Esto provoca una especie de cuello de botella de iones alrededor de los bordes del ánodo y disminuye la velocidad de carga de manera significativa.

El equipo de NU cortado a través de estos problemas de manera significativa por repensar el ánodo y la incorporación de un híbrido de silicio grafeno diseño que aumenta la capacidad y velocidad de carga al mismo tiempo. En primer lugar, se intercala capas de silicio entre las hojas de grafeno, lo que permite un mayor número de iones de litio para venir a descansar. El silicio todavía se expande y se contrae durante la carga y descarga, pero la flexibilidad del grafeno todavía mantiene el ánodo juntos. El silicio puede fragmentar, pero todavía permanece en su lugar, permitiendo que el ánodo para sostener una mayor carga.

El equipo utilizó la oxidación química para perforar pequeños agujeros en las hojas de grafeno - entre 10 y 20 nanómetros de diámetro - que los iones de litio puede moverse a través del grafeno en lugar de tener que ir en torno a los bordes del ánodo (donde los atascos de tráfico se están produciendo). Este acceso directo permiten que los iones de litio que se amontonan en el ánodo rápidamente durante el proceso de carga, lo que cobran tasas de un tiro de 10 veces en el brazo.

Y eso es sólo el ánodo. Los investigadores planean junto a repensar el cátodo para impulsar aún más la eficiencia y eficacia. El mejor de ion de litio podría llegar al mercado en los próximos tres a cinco años.


Fuente: http://www.popsci.com/science/article/2011-11/new-li-ion-battery-design-boosts-energy-capacity-and-charge-rate-10-fold