Novo design de bateria de íon de lítio que é 2.000 vezes mais potente e recarrega 1.000 vezes mais rápido

Universidade de Illinois, bateria de íon-lítio com microestrutura porosa 3D

Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign desenvolveram uma nova tecnologia de bateria de íon de lítio que é 2.000 vezes mais poderosa do que baterias comparáveis. De acordo com os pesquisadores, este não é simplesmente um passo evolutivo na tecnologia de bateria, “É uma nova tecnologia capacitadora ... ela quebra os paradigmas normais das fontes de energia. Está nos permitindo fazer coisas novas e diferentes. ”

Atualmente, o armazenamento de energia é uma questão de compensações. Você pode ter muita energia (watts) ou muita energia (watts-hora), mas geralmente não pode ter ambos. Supercapacitores pode liberar uma grande quantidade de energia, mas apenas por alguns segundos; as células de combustível podem armazenar uma grande quantidade de energia, mas são limitadas em sua potência de pico. Isso é um problema porque a maioria dos aplicativos modernos de tecnologia de ponta - smartphones, computadores portáteis, veículos elétricos - requerem grandes quantidades de energia e energia. As baterias de íon de lítio são atualmente a melhor solução para aplicações de alta potência e energia, mas mesmo os melhores designs de bateria de íon de lítio exigem que os designers industriais e engenheiros eletrônicos façam trocas sérias ao criar um novo dispositivo.



O que nos leva perfeitamente à bateria da Universidade de Illinois, que tem uma densidade de energia mais alta do que um supercapacitor e, ainda assim, densidade de energia comparável às atuais baterias de níquel-zinco e íon-lítio. De acordo com o comunicado de imprensa da universidade, essa nova bateria pode permitir que dispositivos sem fio transmitam seus sinais 30 vezes mais longe - ou, talvez mais útil, sejam equipados com uma bateria 30 vezes menor. Se isso não bastasse, esta nova bateria é recarregável - e pode ser carregada 1.000 vezes mais rápido do que as baterias de íon de lítio convencionais. Resumindo, esta é uma bateria de sonho. (Vejo:O DoE pede uma bateria química com capacidade 5x, dentro de 5 anos - isso pode ser feito?)



Diagrama ilustrando a Universidade de Illinois

Esses enormes avanços resultam de uma nova estrutura de cátodo e ânodo, desenvolvida pelos pesquisadores da Universidade de Illinois. Em essência, uma bateria de íon-lítio padrão normalmente tem um ânodo sólido bidimensional feito de grafite e um cátodo feito de um sal de lítio. A nova bateria de Illinois, por outro lado, tem ânodo e cátodo tridimensionais porosos. Para criar esta nova estrutura de eletrodo, os pesquisadores constroem uma estrutura de poliestireno (isopor) em um substrato de vidro, eletrodepositam o níquel no poliestireno e, em seguida, eletrodepositam o níquel-estanho no ânodo e dióxido de manganês no cátodo. O diagrama acima explica bem o processo.



O resultado final é que esses eletrodos porosos têm uma área de superfície massiva, permitindo que mais reações químicas ocorram em um determinado espaço, fornecendo um grande aumento na velocidade de descarga (saída de energia) e carregamento. Até agora, os pesquisadores usaram essa tecnologia para criar uma microbateria do tamanho de um botão, e você pode ver no gráfico abaixo como sua bateria se compara a uma célula botão convencional Sony CR1620. A densidade de energia é ligeiramente menor, mas a densidade de potência é 2.000 vezes maior. Na extremidade oposta do espectro de ponta - densidade de energia aumentada, mas densidade de energia mais baixa - então A bateria de lítio-ar da IBM atualmente lidera o grupo.

Densidade de energia vs. densidade de energia para uma variedade de tecnologias de bateria, incluindo a Universidade de Illinois

Densidade de energia vs. densidade de energia para uma variedade de tecnologias de bateria, incluindo a nova bateria microestruturada de ânodo / cátodo de íon-lítio da Universidade de Illinois

No uso no mundo real, essa tecnologia provavelmente será usada para equipar dispositivos de consumo com baterias muito menores e mais leves - imagine um smartphone com uma bateria da espessura de um cartão de crédito, que pode ser recarregada em alguns segundos. Também haverá muitas aplicações fora do espaço do consumidor, em ambientes de alta potência, como lasers e dispositivos médicos, e outras áreas que normalmente usam supercapacitores, como carros de Fórmula 1 e ferramentas elétricas de recarga rápida. Para que isso ocorra, no entanto, a Universidade de Illinois terá primeiro que provar que sua tecnologia se adapta a tamanhos de bateria maiores e que o processo de produção não é proibitivamente caro para a produção comercial. Esperamos.



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