Het team van Cornell Engineering heeft een nieuwe lithiumbatterij ontwikkeld die in slechts vijf minuten kan opladen, sneller dan elke andere batterij die momenteel op de markt is, terwijl de prestaties stabiel blijven gedurende lange laad- en ontlaadcycli.
Deze baanbrekende ontdekking zou “range anxiety” onder bestuurders kunnen verminderen, die zich zorgen maken dat elektrische voertuigen zonder lange laadtijden geen lange afstanden kunnen afleggen.
“Range anxiety is een grotere hindernis voor elektrificatie in transport dan welke andere barrière dan ook, zoals batterijkosten en -mogelijkheden, en we hebben een manier gevonden om dit te elimineren door een rationeel elektrodedesign”, zegt Lynden Archer, een professor in de chemische en biomoleculaire techniek aan Cornell Engineering, die het project heeft begeleid. “Als je een EV-batterij in vijf minuten kunt opladen, hoef je geen batterij te hebben die groot genoeg is voor een bereik van 300 mijl. Je kunt genoegen nemen met minder, wat de kosten van EV’s kan verlagen en bredere adoptie mogelijk maakt.”
Het artikel van het team, getiteld “Snel opladen, lange levensduur met Lithiumbatterijen”, werd gepubliceerd op 16 januari in het tijdschrift Joule. De eerste auteur is Shuo Jin, een promovendus in de chemische en biomoleculaire techniek.
Lithium-ionbatterijen behoren tot de meest populaire manieren om elektrische voertuigen en smartphones van stroom te voorzien. Ze zijn lichtgewicht, betrouwbaar en relatief energiezuinig. Hun oplaadtijden zijn echter vaak urenlang, en ze hebben niet de capaciteit om grote stroomsterktes te verwerken.
“Ons doel was om batterijelektrodedesigns te creëren die zouden opladen en ontladen in lijn met dagelijkse routines,” aldus Jin. “In de praktijk willen we dat onze elektronische apparaten snel opladen en lang meegaan. Om dit te bereiken, hebben we indium geïdentificeerd als een uniek anodemateriaal dat effectief kan worden gecombineerd met verschillende kathodematerialen om een batterij te creëren die snel oplaadt en langzaam ontlaadt.”
Voorheen richtte het laboratorium van Archer zich op batterijontwerp door te bestuderen hoe ionen zich verplaatsen in elektrolyten en kristalliseren op metaalanode-interfaces, en vervolgens die kennis te gebruiken om elektrodemorfologie te manipuleren voor veilige langetermijnopslag.
Voor de nieuwe lithiumbatterij gebruikten de onderzoekers een andere tactiek en richtten ze zich op de kinetiek van elektrochemische reacties, gebruikmakend van het concept van de chemische techniek dat bekendstaat als de “Damköhler-nummer”. Dit is in feite een maat voor de snelheid waarmee chemische reacties optreden in vergelijking met de snelheid van materiaaltransport naar de reactieplaats.
Het identificeren van elektrodematerialen met al snelle transportsnelheden in de vaste toestand, en dus lage Damköhler-nummers, hielp de onderzoekers om indium als een ongelooflijk veelbelovend materiaal voor snellaadbatterijen te vinden. Indium is een zacht metaal dat voornamelijk wordt gebruikt in elektronica en halfgeleiders.
Belangrijkste punten:
1. Het team van Cornell Engineering heeft een nieuwe lithiumbatterij ontwikkeld die in slechts vijf minuten kan opladen.
2. De batterij behoudt stabiele prestaties gedurende lange laad- en ontlaadcycli.
3. Deze ontdekking zou “range anxiety” bij elektrische voertuigen kunnen verminderen.
4. Het elimineren van “range anxiety” zou bredere adoptie van elektrische voertuigen mogelijk maken en de kosten verlagen.
5. Het artikel van het team werd gepubliceerd in het tijdschrift Joule en beschrijft snel opladen en een hoge capaciteit van lithiumbatterijen.
6. De eerste auteur van het artikel is Shuo Jin, een promovendus in de chemische en biomoleculaire techniek.
7. Lithium-ionbatterijen zijn populair in elektrische voertuigen en smartphones, maar hebben beperkingen zoals lange oplaadtijden en onvoldoende ondersteuning voor grote stroomsterktes.
8. Het ontwerp van de batterijelektrode richtte zich op opladen en ontladen in lijn met dagelijkse routines.
9. Een indium-anodemateriaal werd gecombineerd met verschillende kathodematerialen om een batterij te creëren die snel oplaadt en langzaam ontlaadt.
10. Het laboratorium van Archer richtte zich voorheen op batterijontwerp door de beweging van ionen en de manipulatie van elektrodemorfologie te bestuderen.
11. Voor de nieuwe lithiumbatterij lag de focus op de kinetiek van elektrochemische reacties met behulp van het concept van het “Damköhler-nummer” als maatstaf voor de reactiesnelheid.
12. Het gebruik van elektrodematerialen met snelle transportsnelheden leidde tot de ontdekking van indium als een veelbelovend materiaal voor snellaadbatterijen.
Definities van termen en jargon:
1. Bereik – verwijst naar het vermogen van een elektrisch voertuig om een bepaalde afstand af te leggen zonder op te laden.
2. Lithium-ion – een type batterij waarbij lithium en extra metaalionen worden gebruikt als ladingdragers.
3. Elektrolyt – een stof die elektrische stroom geleidt door een batterij.
4. Anode – de elektrode waar oxidatie plaatsvindt tijdens het oplaadproces van de batterij.
5. Kathode – de elektrode waar reductie plaatsvindt tijdens het oplaadproces van de batterij.
6. Reactiekinetiek – het vakgebied van de scheikunde dat de snelheid van chemische reacties bestudeert.
7. Morrissey rebel tour – Er is geen definitie of betekenis voor deze term.
Aanbevolen gerelateerde links:
– engineering.cornell.edu – Homepage van Cornell Engineering.
– cell.com/joule – Homepage van het tijdschrift Joule waar het artikel is gepubliceerd.
The source of the article is from the blog scimag.news