Povrchovo sprostredkovaná batéria dokáže skrátiť čas nabíjania elektromobilu len na niekoľko minút

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Proveïdor de centrals portàtils

Porovnajte superkondenzátory a batérie, ako je znázornené na povrchovo sprostredkovanej batérii, ktorá má tri rôzne hrúbky elektród, vysoké hustoty výkonu a vysokú hustotu energie. Zdroj: Kde je American Chemistry Society, je to ako prielom v technológii batérií, ale nie je to batéria. Spoločnosť Nanotekinstruments, Inc.

a jej dcérske spoločnosti Angstronmaterials, Inc. of Ohton, vyvinutá nová špecifikácia, používaná na navrhovanie zariadení na skladovanie energie, v závislosti od rýchleho prenosu veľkého počtu lítiových iónov v elektróde, táto elektróda má veľký grafénový povrch. Toto zariadenie na ukladanie energie sa môže ukázať ako veľmi užitočné pre elektrické vozidlá, ktoré môžu skrátiť čas nabíjania z menej ako minúty na hodiny.

Ďalšie aplikácie môžu zahŕňať skladovanie obnoviteľnej energie (napr. skladovanie solárnej a veternej energie) a inteligentné siete. Výskumníci uviedli, že toto nové zariadenie je lítium-iónová výmenná batéria pre funkciu povrchu grafénu, alebo jednoduchšie, povrchovo sprostredkovaná batéria (SMCS: Surface-Mediatedcells). Hoci súčasné zariadenia využívajú neotvorené materiály a štruktúry, už teraz môžu prekonať lítium-iónové batérie a superkondenzátory.

Toto nové zariadenie dokáže dodať 100 kilowattov na kilowatt batérie, čo je 100-krát viac ako komerčné lítium-iónové batérie, 10-krát viac ako superkondenzátor. Čím vyššia je hustota výkonu, tým vyššia je rýchlosť prenosu energie (môže viesť k vyššej rýchlosti nabíjania). Okrem toho táto nová batéria dokáže uložiť energetickú hustotu 160 wattov na kilogram batérie, čo je porovnateľné s komerčne využívanou lítium-iónovou batériou, 30-krát vyššou ako pri tradičnom superkondenzátore.

Čím väčšia je hustota energie, tým viac energie sa dá uložiť, tým viac energie sa uloží (s dlhším počtom najazdených kilometrov elektrických vozidiel). Ak je hmotnosť zariadenia rovnaká, súčasná povrchová batéria a lítium-iónové batérie môžu byť použité pre elektrické vozidlá a zakladateľ spoločnosti Nano Instrument a Angerstron Materials Company, spoluzakladateľ Jiang Bauz (Borz.jang) Hovorí sa, že naša povrchová batéria je podobná súčasnej lítium-iónovej batérii, môže ďalej zvýšiť hustotu energie, takže môže zlepšiť aj itinerár.

V zásade sa však povrchovo sprostredkované batérie môžu nabíjať za niekoľko minút (nemusí to byť menej ako jednu minútu), a nie za hodiny, rovnako ako lítium-iónové batérie používané v elektrických vozidlách. Jiang Bauldz a jeho partner v Nanotechnology Instrument Co., Ltd.

a Angersmia Material Company publikovali túto štúdiu, ktorá je štúdiou zariadení na skladovanie energie novej generácie, publikovanej v najnovšom „Nano Express“ (Nanoletters). Obe spoločnosti sa špecializujú na komercializáciu nanomateriálov, Angerstrong je najväčším svetovým výrobcom nanogranitov (NGPS: Nanographeneplatelets). Rovnako ako výskumníci vysvetľujú vo svojom výskume, existujú ich vlastné silné a slabé stránky v skladovaní energie, batériách a superkondenzátoroch.

Hoci energetická hustota lítium-iónových batérií (120-150 watt/kg) je oveľa vyššia ako u superkondenzátora (5 watt/kg), táto batéria má nízku hustotu výkonu (1 kW/kg batéria) , Porovnaj 10 kW/kg batérie). Mnoho výskumných tímov sa snažilo pridať hustotu výkonu lítium-iónovej batérie, zlepšiť hustotu energie superkondenzátora, ale tieto dve oblasti stále majú veľké výzvy. Pretože je dodávaný nový rámec, môže byť použitý pre zariadenia na ukladanie energie, takže táto povrchovo sprostredkovaná batéria umožňuje výskumníkom obísť tieto výzvy.

Vyviňte toto nové zariadenie na ukladanie energie, čím sa zníži priepasť medzi výkonom lítium-iónovej batérie a superkondenzátora, povedal Jiang Bauz. Ešte dôležitejšie je, že tento zásadne nový rámec na výrobu zariadení na uchovávanie energie umožňuje výskumníkom dosiahnuť vysokú hustotu energie, ale aj vysokú hustotu výkonu bez toho, aby sa obetovali jeden pre druhého. Povrchovo sprostredkovaná elektróda batérie má veľkú plochu, takže veľké množstvo iónov sa rýchlo presúva, čo prináša rýchle nabíjanie.

Zdroj: Kľúčom k povrchovo sprostredkovanému výkonu batérie American Chemistry je katóda a anóda obsahujú veľmi veľký grafénový povrch. Pri výrobe batérií výskumníci vložili do anódy lítium (vo forme častíc alebo kovovej fólie). V prvom vybíjacom cykle sa lítium ionizuje, pričom počet lítiových iónov je vyšší ako v lítium-iónovej batérii.

Keď sa použije batéria, tieto ióny migrujú ku katóde cez tekutý elektrolyt do pórov katódy, aby dosiahli veľký grafénový povrch v katóde. Počas procesu nabíjania veľké množstvo toku lítiových iónov rýchlo migruje z katódy na anódu. Veľmi veľký povrch elektródy, takže veľké množstvo iónov sa rýchlo presúva, vysoký výkon a hustota energie.

Výskumníci vysvetlili, že povrch poréznej elektródy (skôr ako v blokovej elektróde, ako je batéria v batérii), nespotrebováva časovo náročný proces vkladania. Počas tohto procesu musia byť medzi elektródy vložené lítiové ióny, čo predstavuje dôležitý čas nabíjania batérie. V tejto štúdii, hoci výskumníci použili veľké množstvo rôznych typov grafitu, boli pripravené rôzne typy grafénu (oxidovaný, redukovaný jednovrstvový a viacvrstvový grafén), ale tieto materiály a konfigurácie boli ďalej analyzované na optimalizáciu tohto zariadenia.

Na jednej strane výskumníci plánujú ďalej študovať životnosť tejto batérie. Zatiaľ zistili, že tieto zariadenia si dokážu zachovať 95% kapacity po 1000 cykloch, dokonca ani po 2000 cykloch stále nie je žiadny náznak dendritu. Výskumníci tiež plánujú diskutovať o rôznych mechanizmoch skladovania lítia vo vzťahu k výkonu zariadenia.

Odhadujeme, že komercializácia technológie povrchových batérií nebude mať žiadne veľké prekážky, a povedal Jiang Bauz. Hoci sa súčasný grafén predáva za vysokú cenu, spoločnosť Angerstron Materials Company aktívne rozširuje výrobnú silu grafénu. Očakáva sa, že v najbližších 1-3 rokoch sa výrobné náklady grafitu výrazne znížia.