Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Stanford University heeft oplaadbare batterijen ontwikkeld die tot zes keer meer lading kunnen opslaan dan de momenteel in de handel verkrijgbare batterijen.
Het zou het gebruik van oplaadbare batterijen kunnen versnellen en batterijonderzoekers een stap dichter bij het bereiken van de twee belangrijkste doelstellingen van hun vakgebied brengen: het creëren van een hoogwaardige oplaadbare batterij waarmee mobiele telefoons slechts één keer per week kunnen worden opgeladen in plaats van dagelijks, en elektrische voertuigen die kan zes keer verder reizen zonder op te laden.
De nieuwe zogenaamde alkalimetaal-chloorbatterijen, ontwikkeld door een team van onderzoekers onder leiding van Stanford chemieprofessor Hongjie Dai en promovendus Guanzhou Zhu, berusten op de heen en weer chemische omzetting van natriumchloride (Na/Cl2) of lithiumchloride (Li/Cl2) aan chloor.
Wanneer elektronen van de ene kant van een oplaadbare batterij naar de andere gaan, keert het opladen de chemie terug naar de oorspronkelijke staat om een ander gebruik af te wachten. Niet-oplaadbare batterijen hebben dat geluk niet. Eenmaal uitgelekt, kan hun chemie niet worden hersteld.
“Een oplaadbare batterij is een beetje zoals een schommelstoel. Het kantelt in één richting, maar schommelt dan terug als je elektriciteit toevoegt, "legde Dai uit. "Wat we hier hebben, is een hoge schommelstoel."
Toevallige ontdekking
De reden dat nog niemand een krachtige oplaadbare natrium-chloor- of lithium-chloorbatterij had gemaakt, is dat chloor te reactief en uitdagend is om terug te converteren naar een chloride met een hoog rendement. In de enkele gevallen waarin anderen een zekere mate van oplaadbaarheid konden bereiken, bleken de prestaties van de batterij slecht.
In feite waren Dai en Zhu helemaal niet van plan om een oplaadbare natrium- en lithiumchloorbatterij te maken, maar alleen om hun bestaande batterijtechnologieën te verbeteren met thionylchloride. Deze chemische stof is een van de hoofdingrediënten van lithium-thionylchloridebatterijen, een populair type batterij voor eenmalig gebruik dat voor het eerst werd uitgevonden in de jaren zeventig.
Maar in een van hun vroege experimenten met chloor en natriumchloride, merkten de Stanford-onderzoekers op dat de omzetting van de ene chemische stof in de andere op de een of andere manier was gestabiliseerd, wat resulteerde in enige oplaadbaarheid. 'Ik dacht niet dat het mogelijk was,' zei Dai. "Het kostte ons ongeveer een jaar om echt te beseffen wat er aan de hand was."
In de daaropvolgende jaren heeft het team de omkeerbare chemie opgehelderd en manieren gezocht om deze efficiënter te maken door te experimenteren met veel verschillende materialen voor de positieve elektrode van de batterij. De grote doorbraak kwam toen ze de elektrode vormden met behulp van een geavanceerd poreus koolstofmateriaal van medewerkers professor Yuan-Yao Li en zijn student Hung-Chun Tai van de National Chung Cheng University of Taiwan. Het koolstofmateriaal heeft een nanosfeerstructuur gevuld met veel ultrakleine poriën. In de praktijk werken deze holle bolletjes als een spons, ze zuigen grote hoeveelheden anders gevoelige chloormoleculen op en slaan ze op voor latere omzetting in zout in de microporiën.
"Het chloormolecuul wordt opgesloten en beschermd in de kleine poriën van de koolstofnanobolletjes wanneer de batterij wordt opgeladen", legt Zhu uit. “Vervolgens, wanneer de batterij moet worden leeggemaakt of ontladen, kunnen we de batterij ontladen en chloor omzetten in NaCl - tafelzout - en dit proces gedurende vele cycli herhalen. We kunnen momenteel tot 200 keer fietsen en er is nog ruimte voor verbetering.”
Het resultaat is een stap in de richting van de koperen ring van batterijontwerp: hoge energiedichtheid. De onderzoekers hebben tot nu toe 1,200 milliampère-uur per gram positief elektrodemateriaal bereikt, terwijl de capaciteit van commerciële lithium-ionbatterijen tegenwoordig tot 200 milliampère-uur per gram bedraagt. "De onze heeft een minstens zes keer hogere capaciteit", zei Zhu.
De onderzoekers stellen zich voor dat hun batterijen ooit zullen worden gebruikt in situaties waar frequent opladen niet praktisch of wenselijk is, zoals in satellieten of sensoren op afstand. Veel anders bruikbare satellieten drijven nu in een baan om de aarde, verouderd vanwege hun lege batterijen. Toekomstige satellieten die zijn uitgerust met oplaadbare batterijen met een lange levensduur, kunnen worden uitgerust met opladers op zonne-energie, waardoor hun bruikbaarheid vele malen groter wordt.
Maar voorlopig is het werkende prototype dat ze hebben ontwikkeld misschien nog steeds geschikt voor gebruik in kleine alledaagse elektronica zoals hoortoestellen of afstandsbedieningen. Voor consumentenelektronica of elektrische voertuigen, is er nog veel werk aan de winkel om de batterijstructuur te engineeren, de energiedichtheid te verhogen, de batterijen op te schalen en het aantal cycli te vergroten.
ELE Timesbureau
ELE Times biedt een uitgebreide wereldwijde dekking van elektronica, Technologie en de Markt. Naast het verstrekken van diepgaande artikelen trekt ELE Times het grootste, gekwalificeerde en zeer betrokken publiek in de sector aan, dat onze actuele, relevante inhoud en populaire formats waardeert. ELE Times helpt u bij het vergroten van uw bekendheid, het genereren van verkeer, het communiceren van uw aanbod aan de juiste doelgroep, het genereren van leads en het beter verkopen van uw producten.
-
ELE Timesbureauhttps://www.eletimes.com/author/adminBoost voor 'Atmanirbhar Bharat' ter verdediging
-
ELE Timesbureauhttps://www.eletimes.com/author/adminRekbare, door zweet aangedreven batterij ontwikkeld voor draagbare technologie
-
ELE Timesbureauhttps://www.eletimes.com/author/adminSmart Car Identity and Access Management (IAM) systeem ontwikkeld
-
ELE Timesbureauhttps://www.eletimes.com/author/adminCyberbeveiligingsbedrijf Norton koopt Avast voor meer dan $ 8 miljard