La batteria a superficie mediata può ridurre il tempo di ricarica del veicolo elettrico a soli pochi minuti

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Si confrontino i supercondensatori e le batterie, come mostrato nella batteria a superficie mediata, dotata di tre diversi spessori di elettrodi, entrambi ad alta densità di potenza e alta densità di energia. Fonte: Dov&39;è l&39;American Chemistry Society? È come una svolta nella tecnologia delle batterie, ma non è una batteria. Strumenti nanotecnologici, Inc.

e le sue consociate, Angstronmaterials, Inc. di Ohton, ha sviluppato una nuova specifica, utilizzata per progettare apparecchiature di accumulo di energia, basata sul rapido spostamento di un gran numero di ioni di litio nell&39;elettrodo, questo elettrodo ha un&39;ampia superficie di grafene. Questo dispositivo di accumulo di energia può rivelarsi molto utile per i veicoli elettrici, poiché può ridurre i tempi di ricarica, passando da meno di un minuto a ore.

Altre applicazioni potrebbero includere l&39;accumulo di energia rinnovabile (ad esempio, l&39;accumulo di energia solare ed eolica) e le reti intelligenti. I ricercatori hanno affermato che questo nuovo dispositivo è una batteria a scambio ionico di litio per la funzione di superficie del grafene, o più semplicemente, una batteria mediata dalla superficie (SMCS: Surface-Mediatedcells). Sebbene le apparecchiature attuali utilizzino materiali e strutture non ancora utilizzati, possono già superare le batterie agli ioni di litio e i supercondensatori.

Questo nuovo dispositivo è in grado di fornire 100 kilowatt per ogni kilowatt di batteria, ovvero 100 volte in più rispetto alle batterie agli ioni di litio commerciali e 10 volte in più rispetto ai supercondensatori. Maggiore è la densità di potenza, maggiore è la velocità di trasferimento dell&39;energia (può comportare una maggiore velocità di ricarica). Inoltre, questa nuova batteria è in grado di immagazzinare una densità energetica di 160 watt per chilogrammo di batteria, paragonabile a quella delle batterie agli ioni di litio in commercio e 30 volte superiore a quella dei supercondensatori tradizionali.

Maggiore è la densità energetica, maggiore è l&39;energia che può essere immagazzinata (con un chilometraggio più lungo dei veicoli elettrici). A parità di peso dell&39;attrezzatura, le attuali batterie a superficie e le batterie agli ioni di litio possono essere utilizzate per i veicoli elettrici. Jiang Bauz (Borz.jang), fondatore di Nano Instrument e Angerstron Materials Company, ha affermato che la nostra batteria a superficie è simile all&39;attuale batteria agli ioni di litio e può aumentare ulteriormente la densità energetica, migliorando così anche l&39;itinerario.

Tuttavia, in linea di principio, le batterie a carica superficiale possono essere caricate in pochi minuti (non meno di un minuto), anziché in ore, proprio come le batterie agli ioni di litio utilizzate nei veicoli elettrici. Jiang Bauldz e il suo socio della Nanotechnology Instrument Co., Ltd.

e Angersmia Material Company hanno pubblicato questo studio, che riguarda l&39;analisi delle apparecchiature di accumulo di energia di prossima generazione, pubblicato nell&39;ultimo numero di "Nano Express" (Nanoletters). Entrambe le aziende sono specializzate nella commercializzazione di nanomateriali; Angerstrong è il più grande produttore di nanograniti (NGPS: Nanographeneplatelets) al mondo. Proprio come spiegano i ricercatori nelle loro ricerche, l&39;accumulo di energia, le batterie e i supercondensatori presentano punti di forza e di debolezza.

Sebbene la densità energetica delle batterie agli ioni di litio (120-150 watt/kg) sia molto più elevata di quella dei supercondensatori (5 watt/kg), questa batteria ha una bassa densità di potenza (1 kW/kg di batteria, confrontala con una batteria da 10 kW/kg). Molti team di ricerca hanno cercato di aumentare la densità di potenza della batteria agli ioni di litio e di migliorare la densità energetica del supercondensatore, ma questi due ambiti presentano ancora grandi sfide. Poiché viene fornito un nuovo framework, può essere utilizzato per dispositivi di accumulo di energia, quindi questa batteria a superficie mediata consente ai ricercatori di aggirare queste sfide.

Jiang Bauz ha affermato che lo scopo dello sviluppo di questo nuovo dispositivo di accumulo di energia è quello di ridurre il divario tra le prestazioni della batteria agli ioni di litio e quelle del supercondensatore. Ancora più importante, questo quadro fondamentalmente nuovo per la produzione di dispositivi di accumulo di energia consente ai ricercatori di ottenere un&39;elevata densità di energia, ma anche un&39;elevata densità di potenza, senza sacrificare l&39;una a favore dell&39;altra. L&39;elettrodo della batteria a superficie mediata ha un&39;ampia superficie, in modo che la grande quantità di ioni si sposti rapidamente, garantendo tempi di ricarica rapidi.

Fonte: La chiave delle prestazioni della batteria a superficie mediata dell&39;American Chemistry è che il catodo e l&39;anodo contengono una superficie di grafene molto ampia. Durante la produzione delle batterie, i ricercatori inseriscono il litio metallico (sotto forma di particelle o di fogli metallici) nell&39;anodo. Nel primo ciclo di scarica, il litio viene ionizzato e il numero di ioni di litio prodotti è maggiore rispetto a quello delle batterie agli ioni di litio.

Quando la batteria viene utilizzata, questi ioni migrano verso il catodo attraverso l&39;elettrolita liquido, nei pori del catodo e raggiungono un&39;ampia superficie di grafene nel catodo. Durante il processo di carica, una grande quantità di flusso di ioni di litio migra rapidamente dal catodo all&39;anodo. Superficie dell&39;elettrodo molto ampia, in modo che una grande quantità di ioni si muova rapidamente, elevata potenza e densità di energia.

I ricercatori hanno spiegato che la superficie dell&39;elettrodo poroso (piuttosto che nell&39;elettrodo a blocco, come nella batteria nella batteria), non richiede un lungo processo di inserimento. Durante questo processo, gli ioni di litio devono essere inseriti tra gli elettrodi, il che costituisce un tempo di carica importante per la batteria. In questo studio, sebbene i ricercatori abbiano utilizzato un gran numero di diversi tipi di grafite, sono stati preparati diversi tipi di grafene (grafene ossidato, ridotto a strato singolo e multistrato), ma questi materiali e configurazioni sono stati ulteriormente analizzati per ottimizzare questo dispositivo.

Da un lato, i ricercatori intendono studiare ulteriormente il ciclo di vita di questa batteria. Finora hanno scoperto che questi dispositivi possono mantenere il 95% della capacità dopo 1000 cicli; anche dopo 2000 cicli non c&39;è ancora alcuna indicazione di dendriti. I ricercatori intendono inoltre discutere i diversi meccanismi di accumulo del litio in relazione alle prestazioni delle apparecchiature.

"Riteniamo che la commercializzazione della tecnologia delle batterie a superficie non incontrerà grandi ostacoli", ha affermato Jiang Bauz. Sebbene il grafene attuale sia venduto a un prezzo elevato, la Angerstron Materials Company sta attivamente ampliando la capacità di produzione del grafene. Si prevede che nei prossimi 1-3 anni il costo di produzione della grafite sarà notevolmente ridotto.