Een team van ingenieurs van de Universiteit van Glasgow heeft een batterij ontwikkeld om lithium-ionbatterijen milieuvriendelijker te maken.
Lithium-ionbatterijen zijneen nuttige combinatie van lichte en compacte vormfactor en het vermogen om meerdere laad- en ontlaadcycli te doorstaan. Dit maakte ze ideaal voor gebruik in een breed scala aan apparaten, waaronder laptops, mobiele telefoons, smartwatches en elektrische voertuigen.
Zoals veel batterijen, lithium-ionbatterijenbevatten een positieve elektrode, vaak gemaakt van lithium-kobalt / mangaanoxide of lithium-ijzerfosfaat, en een negatieve elektrode, vaak gemaakt van lithiummetaal. Tijdens het opladen stromen lithiumionen door de elektrolyt van de positieve elektrode naar de negatieve elektrode, waar ze worden opgeslagen. Tijdens gebruik stromen ionen in de tegenovergestelde richting en genereren ze energie om apparaten van stroom te voorzien door middel van een elektrochemische reactie.
Een van de fysieke beperkingen op het nummerDe energie die kan worden opgeslagen en vrijgegeven door het ontwerp van lithium-ionbatterijen is de dikte van hun elektroden. Dikkere elektroden beperken de diffusie van lithiumionen door de elektrode, waardoor de specifieke energie van lithium-ionbatterijen wordt beperkt. Door de dikte van de elektroden te vergroten, wordt ook hun weerstand tegen vervorming verminderd, waardoor ze vatbaarder worden voor scheuren. Zodra de elektrode breekt, wordt de batterij onbruikbaar.
Ontwikkeld door wetenschappers onder leiding van de universiteitGlasgow streeft naar een betere balans tussen de grootte en het oppervlak van elektroden door kleine gaatjes of poriën op nanoschaal en microschaal in hun ontwerp te introduceren. Door het oppervlak en de binnenkant van de elektroden met poriën te snijden, kunnen ze het oppervlak aanzienlijk vergroten in vergelijking met een vaste elektrode met dezelfde externe afmetingen.
Om dit te doen, gebruikten wetenschappers additive manufacturing-technologie - 3D-printen. Het doel is om de grootte en locatie van elke porie in hun elektroden strikt te controleren.
Ze laadden hun 3D-printer met een door hen ontwikkeld materiaal dat polymelkzuur, lithiumijzerfosfaat en koolstofnanobuisjes combineert.
Wat is polymelkzuur? PLA (PolyLactic Acid, Polylactide) is een alifatisch thermoplastisch polymeer afgeleid van 100% hernieuwbare bronnen zoals maïs en aardappelzetmeel. Door polymerisatie resulteert PLA in de vorming van poly(L-melkzuur) (PLLA). De chemische en fysische eigenschappen van deze PLA’s zijn volledig identiek
Het is biologisch afbreekbaar en verhoogt de recyclebaarheid van de batterij.
Batterij met 300 micron elektrode en poreusheid70% presteerde het beste tijdens tests met een specifieke capaciteit van 151 milliampère-uur per gram, of mAh / g, een standaardmaatstaf voor hoeveel lading een batterij kan bevatten. Dit is ongeveer twee tot drie keer de prestatie van een traditionele lithium-ionbatterij met een massieve elektrode van dezelfde dikte.
De verhoogde porositeit en dus het grotere oppervlak van de dikste 300 micron elektrode beïnvloedde ook de batterijcapaciteit en nam met 158% toe.
Lees verder
Hoor NASA's Perseverance-rover over Mars bewegen
Natuurkundigen hebben een analoog van een zwart gat gemaakt en de theorie van Hawking bevestigd. Waar leidt het toe?
Mensen zijn bestand tegen zeer lage temperaturen, zelfs zonder warmtebronnen