ทีมวิศวกรจากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ได้พัฒนาแบตเตอรี่เพื่อทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือการผสมผสานที่มีประโยชน์ของฟอร์มแฟคเตอร์ขนาดเล็กและน้ำหนักเบาและความสามารถในการทนต่อการชาร์จและรอบการคายประจุหลายครั้ง ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอุปกรณ์หลากหลายประเภทรวมถึงแล็ปท็อปโทรศัพท์มือถือสมาร์ทวอทช์และยานพาหนะไฟฟ้า
เช่นเดียวกับแบตเตอรี่จำนวนมากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประกอบด้วยขั้วบวกซึ่งมักทำจากลิเธียมโคบอลต์ / แมงกานีสออกไซด์หรือลิเธียมเหล็กฟอสเฟตและขั้วลบมักทำจากโลหะลิเธียม ในระหว่างการชาร์จไอออนลิเธียมจะไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์จากขั้วบวกไปยังขั้วลบซึ่งจะถูกเก็บไว้ ในระหว่างการใช้งานไอออนจะไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามสร้างพลังงานให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี
หนึ่งในข้อ จำกัด ทางกายภาพเกี่ยวกับหมายเลขพลังงานที่สามารถจัดเก็บและปล่อยออกมาได้โดยการออกแบบของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือความหนาของอิเล็กโทรด อิเล็กโทรดที่หนาขึ้นจะ จำกัด การแพร่กระจายของลิเธียมไอออนผ่านอิเล็กโทรดดังนั้นจึง จำกัด พลังงานเฉพาะของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน การเพิ่มความหนาของอิเล็กโทรดยังช่วยลดความต้านทานต่อการเสียรูปทำให้มีแนวโน้มที่จะแตกร้าวได้ง่ายขึ้น ทันทีที่อิเล็กโทรดแตกแบตเตอรี่จะไม่สามารถใช้งานได้
พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ภายใต้การนำของมหาวิทยาลัยกลาสโกว์มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้เกิดความสมดุลที่ดีขึ้นระหว่างขนาดและพื้นที่ผิวของอิเล็กโทรดโดยการนำรูหรือรูพรุนขนาดเล็กระดับนาโนและไมโครสเกลมาใช้ในการออกแบบ ด้วยการตัดพื้นผิวและด้านในของขั้วไฟฟ้าด้วยรูพรุนทำให้สามารถเพิ่มพื้นที่ผิวได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับอิเล็กโทรดทึบที่มีขนาดภายนอกเท่ากัน
ในการทำเช่นนี้นักวิทยาศาสตร์จึงใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมแต่ง - การพิมพ์สามมิติ เป้าหมายคือการควบคุมขนาดและตำแหน่งของรูพรุนแต่ละรูในอิเล็กโทรดอย่างเคร่งครัด
พวกเขาโหลดเครื่องพิมพ์ 3 มิติด้วยวัสดุที่พัฒนาขึ้นซึ่งรวมกรดโพลิแลกติกลิเทียมเหล็กฟอสเฟตและท่อนาโนคาร์บอน
กรดโพลีแลกติกคืออะไร? PLA (PolyLactic Acid, Polylactide) เป็นเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์อะลิฟาติกที่ได้มาจากทรัพยากรหมุนเวียน 100% เช่น ข้าวโพดและแป้งมันฝรั่ง ด้วยกระบวนการโพลิเมอไรเซชัน PLA ส่งผลให้เกิดโพลี (กรด L-lactic) (PLLA) คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของ PLA เหล่านี้เหมือนกันทุกประการ
สามารถย่อยสลายทางชีวภาพและเพิ่มความสามารถในการรีไซเคิลของแบตเตอรี่
แบตเตอรี่ที่มีอิเล็กโทรด 300 ไมครอนและความพรุน70% ทำงานได้ดีที่สุดเมื่อทดสอบด้วยความจุเฉพาะ 151 มิลลิแอมป์ชั่วโมงต่อกรัมหรือ mAh / g ซึ่งเป็นมาตรวัดมาตรฐานว่าแบตเตอรี่สามารถจุแบตเตอรี่ได้เท่าใด นี่คือประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิมประมาณสองถึงสามเท่าที่มีอิเล็กโทรดแข็งที่มีความหนาเท่ากัน
ความพรุนที่เพิ่มขึ้นและดังนั้นพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นของอิเล็กโทรดที่หนาที่สุด 300 ไมครอนก็ส่งผลต่อความจุของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น 158%
อ่านเพิ่มเติม
ฟังรถแลนด์โรเวอร์แห่งความเพียรพยายามของ NASA เคลื่อนไปทั่วดาวอังคาร
นักฟิสิกส์ได้สร้างอะนาล็อกของหลุมดำและยืนยันทฤษฎีของ Hawking นำไปสู่ที่ไหน?
มนุษย์สามารถทนต่ออุณหภูมิที่ต่ำมากได้แม้ไม่มีแหล่งความร้อน