Katoda LFP poprawiona za pomocą grafenu

Naukowcy z Instytutu Technologii w Harbinie w Chinach oraz z Uniwersytetu Michigan w USA zademonstrowali poprawioną katodę (wzbogaconą o zredukowany tlenek grafenu) baterii LFP (lit-fosf-żelazo). Dzięki zastosowanej metodzie naukowcom udało stworzyć się kompozytową strukturę 3D o super powierzchni (główny powód stosowania grafenu w produkcji katod i anod to znacznie lepszy stosunek masy do rozmiaru).
LFP to ulepszona wersja Li-Ion dla zastosowań wysokoprądowych takich jak np. samochody, elektronarzędzia i inne. Nowy akumulator cehcuje się wysokim prądem rozładowania, brakiem zagrożenia związanego z wybuchem oraz długim cyklem życia. Na ten moment niestety gęstość energetyczna jest niższa niż odpowiednika Li-Ion.
Zaprezentowane badania pokazały jak naukowcy stworzyli kompozyt używając wzorca z niklowej pianki, która została pokryta wartwą tlenku grafenu. Następnie tlenek grafenu zredukował się co stworzyło syntezę nanocząsteczek LFP za pomocą prostej metody, która pozwala na użycie dużej ilości węglowego materiału.

Warstwowe modelowanie pozwoliło zespołowi naukowców na uzyskanie wymaganego kształtu o wymaganej sztywności, w tym przypadku, cechującego się wysokim przewodzeniem oraz wysoką twardością. To potwierdziło fakt, że baterie mogą być zarówno pojemne jak i wytrzymałe. Naukowcy przewidują, że nowa bateria znajdzie zastosowanie w „giętkiej” elektronice oraz wszędzie tam, gdzie potrzebne jest szybkie ładowanie.
Samochodowe baterie również będą ulepszone dzięki tej, nowej metodzie.

Przekraczanie barier baterii litowo-jonowych

Praktycznie każdy smartfon działa dzisiaj na baterii litowo-jonowej , która zapewnia mu zasilanie przez przeniesienie elektronów pomiędzy anodą i katodą ogniwa akumulatora. Ilość jonów litu wewnątrz baterii wpływa bezpośrednio , na to jak długo telefon może działać na jednym cyklu naładowania.

Problem leży w graficie, który przechowuje jony litu w anodzie akumulatora . Grafit ma teoretyczną granicę , która określa ile może pomieścić litu , a dzisiejsze baterie prawie go osiągnęły . Chociaż większe baterie zawsze opcją – jak widać na przykładzie Droid Razr Maxx od Motoroli – większość ludzi  nie chcesz grubszych, cięższych telefonów , tak więc producenci telefonów poświęcają czas pracy baterii w imię smukłości .

Podczas gdy anody zbudowane na graficie osiągają swoje maksymalne parametry, wyścig trwa w zastąpieniu grafitu silikonem, materiałem który oferuje 10 razy większą pojemność od dzisiejszych rozwiązań.

„Obecnie trwa wiele badań nad krzemem, który jest najlepszym materiałem absorbującym lit i mającym największą potencjalność pojemność ze wszystkich znanych materiałów”, powiedział Phillip Roberts , prezes California Lithium Battery.

Niestety zamiana krzemu z grafitu nie jest łatwe . Krzem pęcznieje podczas ładowania , powodując łamanie się styków  podczas rozładowania w efekcie bateria traci swoje parametry. Ta zamiana powoduje, że zwiększona pojemność odbija się negatywnie na żywotności.

California Lithium Battery pracuje nad kompozytem krzemu i grafenu – materiału nagrodzonego nagrodą Nobla wykonanego z  atomowej grubości warstw grafitu , te rozwiązanie  łączy pojemność silikonu oraz trwałość grafitu . W przeciwieństwie od innych rozwiązań opartych o anody na bazie krzemu, ten kompozyt, który jest na licencji Argonne National Laboratory, zapobiega zbrylaniu się krzemu, co prowadzi do zmniejszenia pęcznienia a przez to trwałość, powiedział Roberts.

Roberts ma nadzieję, że w ciągu sześciu miesięcy, firma będzie mogła produkować materiał w tonach i wysłać go do producentów akumulatorów i producentów telefonów do testów. W ciągu dwóch lat, firma spodziewa się, że uda się wyprzeć silikonowe anody tymi grafenowymi  w obecnych bateriach, podnosząc ich pojemność  o 30%.

„Powiedziałbym, że w ciągu dwóch lat zobaczymy tą technologię w produkcji. Zmiany dzieją się stosunkowo szybko.  Sporo się dzieje za kulisami tego przemysłu. „dodał Roberts.

W połączeniu z innymi postępami w katodach oraz materiałach elektrolitowych, należy spodziewać się poprawy pojemności o 100 procent , prawdopodobnie w ciągu trzech lat .

Firmy pracujące nad technologią krzemowej anody również poczuły presję producentów baterii i urządzeń. California Lithium Battery przyciągnęła tyle uwagi, że zmieniła swoje pierwotne skoncentrowanie się z samochodów elektrycznych na elektronikę użytkową. Prezes Phillip Roberts powiedział „prawie każdy producent smartphonów” okazał zainteresowanie technologią naszej firmy. „Nie skontaktowaliśmy się praktycznie z ani jedna firmą, to firmy produkujące smartfony wykazały inicjatywę, dodał Roberts.

Pozostaje się zastanawiać,  jak producenci telefonów wykorzystają nową technologię produkcji baterii, kiedy stanie się dostępna. Czy baterie będą w końcu dostarczyć solidne 24 godziny energii, których tak bardzo potrzebujemy, czy jednak będą dążyć do coraz cieńszych urządzeń, które będą się nam jeszcze bardziej podobać?

Pomimo zapewnień, wydaje się niestety, że mamy przed sobą co najmniej kilka lat męczarni z obecną technologią produkcji baterii, zanim nowocześni następcy trafią do naszych gadżetów.

Źródo: http://clbattery.com/peak-battery-why-smartphone-battery-life-still-stinks-and-will-for-years