Снимка:Claus Ableiter, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Изследователи са създали нова конструкция на литиево-йонна батерия, която позволява по-добър поток на електрони през анода, което значително подобрява капацитета на батерията и намалява наполовина времето, необходимо за зареждане. Усъвършенстването е описано в изследване за гъвкава електроника, публикувано в списание IEEE.
Електрическите превозни средства са основен начин за потенциално намаляване на емисиите на парникови газове, но литиево-йонните батерии в тези автомобили все още се зареждат за определен период от време, което може да възпре някои хора да възприемат тази технология.
"Има огромна нужда от иновации в областта на батериите, които могат да предложат възможност за бързо зареждане с по-дълъг живот на батерията", казва Химанага Емани, асистент в катедрата по електротехника и компютърно инженерство в Университета на Западен Мичиган, който е участвал в проучването.
Понастоящем литиево-йонните батерии, използвани в електрическите превозни средства, имат аноди, изработени от графит, но изследователите проучват използването на други материали, като например графен. Графенът е съставен от тънки слоеве въглерод, които превъзхождат графита като проводник на електричество. Използването на различни материали обаче може да се окаже недостатъчно, за да се даде на батериите необходимия тласък на зареждането.
Ето защо Емани и екипът му използват лазерно структуриране, за да създадат мрежа от пори по новия си графенов анод. Тези малки дупчици позволяват на електроните да преминават по-лесно през анода, което води до по-бързо зареждане. Докато днешните търговски литиево-йонни батерии с графитни аноди имат теоретичен капацитет от 372 милиамперчаса на грам, новият предложен от изследователите графенов анод с неговите пори може да осигури капацитет от над 700 mAh/g.
Изследователите са тествали новия си анод в серия от експерименти с време за зареждане между 10 минути и 2 часа при стайна температура. Резултатите показват, че при периоди на зареждане, по-дълги от един час, новите аноди с пори не оказват значителен ефект върху капацитета на батерията в сравнение с този на конвенционалните аноди, но когато времето за зареждане е по-малко от един час, графеновият анод с пори е два пъти по-бърз от конвенционалните аноди.
"Казано на прост език, според нашите резултати търговска батерия, която може да се зарежда за час, може да се зарежда за по-малко от 30 минути", казва Емани.
Важното е, че новите батерии запазват капацитета си след многократна употреба. Обикновено батериите губят капацитета си, когато преминават през множество цикли на зареждане. В това проучване клетките със спори показват превъзходно запазване на капацитета - близо 90% в сравнение с клетките без пори - само 38% след 200 цикъла на зареждане.
В това изследване новите аноди са анализирани под формата на монети при стайна температура, отбелязва Емани. "Преди да навлязат на пазара, бихме искали да тестваме тези батерии в торбички, цилиндрични и призматични клетки, тъй като това са най-използваните основни типове конфигурации на батерии (използвани) в електрическите превозни средства."
Екипът се интересува и от изучаването на тези порести аноди при различни температури. "Това е ключов параметър, тъй като батериите, използвани в електрическите превозни средства, изпитват широк диапазон от температури в зависимост от географското положение, времето, сезоните, за да се подобри допълнително работата на батериите в тежки условия", казва той.