Roman GłogulskiHarvard Egyetem tudósai új típusú szilárd test akkumulátort fejlesztettek ki szilárd elektroddal és elektrolittal, ellentétben a hagyományos lítiumionos vagy polimer akkumulátorokban használt folyékony elektrolittal vagy polimerzselével. A szilárd állapotú akkumulátorok számos kihívással szembesültek eddig, mint például a gyúlékonyság, korlátozott feszültség, alacsony hatékonyság és gyenge szerkezeti stabilitás, ami gátolta az elterjedésüket.
Nemrégiben egy áttörés történt, és a csapat létrehozott egy kis, nagy kapacitású akkumulátort, aminek a mérete egy bélyeg nagyságú, 6000 töltés-kisülési ciklus képességgel, miközben akár 80% -os kapacitást is megtart. Ez az akkumulátor mindössze 10 perc alatt teljesen feltölthető, meghaladva általában az okostelefonokat, amik általában körülbelül 300-500 töltés-kisülési ciklust bírnak.
A tanulmány nem részletezi, hogy ezek az akkumulátorok mikor és hogyan válnak elérhetővé, viszont a technológia licencet kapott az Adden Energy-től, amely egy Harvard Egyetem által alapított spin-off, ahol Xin Li professzor, a SEAS anyagtudós professzora és három Harvard diplomás közösen alapította.
A lítiumion technológia élettartama véget ér. A szilárd állapotú akkumulátorok nem új technológiák, és a 19. századtól fejlesztés alatt állnak. Még a legújabb verziók is fenyegetést jelentenek, mivel könnyen rövidzárlatot vagy gyulladást okozhatnak a anód felületén képződő dendritek kialakulása miatt. A dendritek gyökerekhez hasonlóan növekedhetnek, és végül elérik az anódot a katódotól elválasztó akadályt, kárt okozva.
A dendritek kialakulása a töltés közben történik, amikor a lítiumionok a katód felől az anód felé vándorolnak, ragadva fel a felületére egy „tartás” eljárás által. Ez a tartás olyan, mint a fogakon lévő fogkő, egy egyenletlen felületet hoz létre, ami akár károsíthatja is az akkumulátort. Különösen a töltés-kisülés közben ezt a tartást el kell távolítani, ami lyukak és részek kialakulását okozza, növelve a tartás és a kár kockázatát.
Korábban a csapat javasolt egy megoldást: többrétegű akkumulátor tervezése, ahol különböző anyagokat helyeznek az anód és a katód közé. Azonban ez a megközelítés csak lelassítja és korlátozza a lítium dendritek felhalmozódását, megakadályozva a behatolásukat.
Az új kutatás szerint hatékonyabb módszer létezik, amellyel megoldható ez a probléma, a mikroskálájú szilíciumrészecskék használatával. A Li professzor szerint: „Projektünk során a lítium fém szilíciumrészecskék köré csavarodik, mint egy kemény csokoládé héj egy marcipán közepén.”
Bár ez a módszer hatékonyan bevált, a kutatócsapat más anyagok, például ezüst használatát is vizsgálja, amelyek hasonló teljesítményt nyújthatnak, és könnyebbek vagy olcsóbbak lehetnek tömeggyártás céljából.
A csapat sikeresen felméretezte a technológiát annak érdekében, hogy okostelefon méretű akkumulátort hozzon létre, amely még mindig fejlesztés alatt áll, de lenyűgöző fejlesztéseket eredményezhet a hordozható elektronika területén.
Elektromos álmok. A Harvard kutatócsapat által elért előrehaladás a szilárd állapotú akkumulátorok területén hatalmas lehetőségeket nyit meg az energiatárolás jövője számára. Az akkumulátorok hosszú ideig fennálló problémáinak kezelése hozhat létre egy korszakot az energiahatékony és hatékonyabb energiarendszerek terén, amelyek teljesen átalakítják a telefonjainkat, számítógépeinket és akár a közlekedést is, biztonságosabbá, hatékonyabbá és fenntarthatóbbá téve az energiát.
Gyakran Ismételt Kérdések a cikkben megjelenő kulcstémák és információk alapján:
1. Mi a szilárd állapotú akkumulátorok jelentősége?
– A szilárd állapotú akkumulátorok olyan új típusú akkumulátorok, amelyek szilárd elektrodokat és elektrolitot használnak. Lehetőséget nyújtanak a hagyományos lítiumionos vagy polimer akkumulátorokhoz képest tapasztalható előnyökre, például alacsonyabb tűzveszélyre, nagyobb kapacitásra és gyorsabb töltésre.
2. Milyen kihívásokkal járnak a szilárd állapotú akkumulátorok?
– A szilárd állapotú akkumulátorok számos kihívással szembesülnek, beleértve a gyúlékonyságot, a korlátozott feszültséget, a gyenge hatékonyságot és a gyenge szerkezeti stabilitást. Ezek a tényezők eddig gátolták elterjedésüket.
3. Mi az utolsó fejlemény a szilárd állapotú akkumulátorok területén?
– A Harvard Egyetem kutatócsoportja olyan kis, nagy kapacitású akkumulátort hozott létre, amely képes több mint 6000 töltés-kisülési ciklusra, miközben akár 80% -os kapacitást is megtart. Ez az akkumulátor mindössze 10 perc alatt teljesen feltölthető, meghaladva az átlagos okostelefon teljesítményét.
4. Mikor lesznek elérhetők a szilárd állapotú akkumulátorok?
– A cikk nem ad meg konkrét dátumot ezeknek az akkumulátoroknak a kereskedelmi elérhetőségéhez, de a technológia licencet kapott az Adden Energy-től, amely egy Harvard Egyetem által alapított spin-off.
5. Mik a dendritek és hogyan befolyásolják az akkumulátor teljesítményét?
– A dendritek olyan struktúrák, amelyek az akkumulátor töltése közben képződnek az anód felületén. Növekedhetnek és elérik az anód és a katód közötti akadályt, károsítva az akkumulátort és csökkentve annak hatékonyságát.
6. Mi a tudósok dendrite probléma megoldásának kísérletei?
– A tudósok különböző megoldásokat javasoltak, például többrétegű akkumulátorokat, hogy megakadályozzák a dendritek felhalmozódását. Azonban most a szilícium-részecskék használatát vizsgálják, amelyek beborítják a lítium fémet, hogy megakadályozzák a dendritek kialakulását.
7. Milyen más anyagok használhatók a szilárd állapotú akkumulátorokban?
– A kutatók más anyagok felhasználását is vizsgálják, például ezüstöt, amelyek hasonló teljesítményt nyújthatnak és könnyebbek vagy olcsóbbak lehetnek tömeggyártás céljából.
8. Milyen kilátások vannak a szilárd állapotú akkumulátorok terén?
– A szilárd állapotú akkumulátorok terén elért előrehaladás hatalmas lehetőségeket nyit meg az energia tárolásának jövője számára. Hosszan tartó és hatékonyabb energiarendszerekhez vezethetnek, amelyek átalakítják a telefonjainkat, számítógépeinket és közlekedésünket, biztonságosabbá, hatékonyabbá és fenntarthatóbbá téve az energiát.
Javasolt kapcsolódó linkek:
– Adden Energy (https://addenenergy.com)
– SEAS (Harvard Egyetem főoldal, https://www.seas.harvard.edu/)
– Harvard Egyetem
The source of the article is from the blog windowsvistamagazine.es
