Forskningsteamet vid Cornell Engineering har utvecklat ett nytt litiumbatteri som kan laddas på endast fem minuter, snabbare än något annat batteri som för närvarande finns på marknaden. Detta genombrott kan komma att lösa problemet med ”räckviddsångest” och minska bekymret för att elbilar inte kan köra långa sträckor utan lång laddningstid.
”Räckviddsångest är ett större hinder för elektrifiering inom transport än något annat hinder, som till exempel batterikostnader och kapacitet. Men vi har identifierat en metod att eliminera det genom att designa elektroder på ett rationellt sätt”, säger Lynden Archer, professor i kemisk och biomolekylär teknik vid Cornell Engineering, som var ansvarig för projektet. ”Om du kan ladda ett elbilbatteri på fem minuter behöver du inte ha ett batteri som klarar en räckvidd på 300 mil. Du kan nöja dig med mindre, vilket kan minska kostnaderna för elbilar och möjliggöra bredare användning.”
Forskningsteamets artikel, med titeln ”Snabbladdning, hög kapacitet i litiumbatterier”, publicerades den 16 januari i tidskriften Joule. Huvudförfattaren är Shuo Jin, doktorand i kemisk och biomolekylär teknik.
Litium-jonbatterier är bland de mest populära metoderna för att driva elbilar och smartphones. De är lätta, pålitliga och relativt energieffektiva. Men deras laddningstider är ofta flera timmar och de har inte kapacitet att hantera stora strömmar.
”Vårt mål var att skapa batterielektroder som skulle kunna laddas och laddas ur i linje med dagliga rutiner”, säger Jin. ”I praktiken vill vi att våra elektroniska enheter ska laddas snabbt och fungera under lång tid. För att uppnå det identifierade vi indium som ett unikt anodematerial som kan kombineras effektivt med olika katodematerial för att skapa ett batteri som laddar snabbt och laddas ur långsamt.”
Tidigare har Archers laboratorium fokuserat på batteridesign genom att studera hur joner rör sig i elektrolyter och kristalliserar på metanodgränssnitt, och sedan använda den kunskapen för att manipulera elektrodmorfologi för säker och långvarig lagring.
För det nya litiumbatteriet använde forskarna en annan taktik och fokuserade på kinetiken av elektrokemiska reaktioner och använde konceptet för kemisk teknik som kallas ”Damköhler-nummer”. Detta är i grund och botten en mätning av hastigheten som kemiska reaktioner sker i förhållande till hastigheten för materialtransport till reaktionssidan.
Att identifiera elektrodmaterial med redan snabba transporthastigheter i fast form, och därmed låga Damköhler-nummer, hjälpte forskarna att hitta indium som ett otroligt lovande material för snabbladdade batterier. Indium är ett mjukt metallämne som främst används inom elektronik och halvledare.
Viktiga punkter:
1. Cornell Engineering-teamet har utvecklat ett nytt litiumbatteri som kan ladda på fem minuter.
2. Batteriet behåller stabil prestanda över lång laddnings- och urladdningscykler.
3. Denna upptäckt kan lindra ”räckviddsångest” hos elbilar.
4. Genom att eliminera räckviddsångest skulle elbilar kunna få bredare användning och lägre kostnader.
5. Teamets artikel publicerades i tidskriften Joule och beskriver snabbladdning och hög kapacitet i litiumbatterier.
6. Huvudförfattaren till artikeln är Shuo Jin, doktorand i kemisk och biomolekylär teknik.
7. Litium-jonbatterier är populära i elbilar och smartphones men har begränsningar som långa laddningstider och bristande stöd för stora strömmar.
8. Batterielektroddesignen fokuserade på laddning och urladdning i linje med dagliga rutiner.
9. Ett indium-anodematerial kombinerades med olika katodematerial för att skapa ett batteri som laddar snabbt och urladdas långsamt.
10. Archers laboratorium fokuserade tidigare på batteridesign genom att studera jonrörelse och manipulering av elektrodmorfologi.
11. För det nya litiumbatteriet fokuserades det på kinetiken av elektrokemiska reaktioner med användning av begreppet ”Damköhler-nummer” som en mätning av reaktionshastigheten.
12. Genom att använda elektrodmaterial med snabba transporthastigheter upptäcktes indium som ett lovande material för snabbladdade batterier.
Definitioner av termer:
1. Räckvidd – syftar på förmågan hos en elbil att köra en viss sträcka utan att behöva ladda.
2. Litium-jon – en typ av batteri där litium och extra metalljoner används som laddningsbärare.
3. Elektrolyt – ämne som leder elektrisk ström genom ett batteri.
4. Anod – elektroden där oxidation sker under batteriladdningsprocessen.
5. Katod – elektroden där reduktion sker under batteriladdningsprocessen.
6. Reaktionskinetik – fältet inom kemin som studerar hastigheten för kemiska reaktioner.
7. Morrissey rebel tour – det finns ingen definition eller omfattning relaterad till denna term.
Föreslagna relaterade länkar:
– engineering.cornell.edu – Cornell Engineerings hemsida.
– cell.com/joule – Tidskriften Joules hemsida där artikeln publicerades.
The source of the article is from the blog kewauneecomet.com