Převratný objev: desetkrát větší kapacita Li-ion baterií

Zní to dost šíleně, ale je to tak. To vše díky nanotechnologiím a tomu, že si pár vědců hrálo s pěstováním křemíku.

Po „papírových bateriích“ tu máme další objev související s nanotechnologií a bateriemi, se kterým tentokrát přišla Stanfordská univerzita.

S novou technologií má být možné dosáhnout desetinásobku kapacity klasických lithium-iontových baterií. Zásluhu na tom má mít náhrada v současné době převážně používaných uhlíkových anod křemíkem.

U klasických lithium iontových baterií se využívá uhlíkových plátků oddělených izolátorem.

Křemík má v současnosti největší známou teoretickou kapacitu, která je více než desetkrát vyšší, než v případě uhlíku. Doposud jej ale nebylo možné využívat proto, že se při absorpci lithiových iontů jeho objem přibližně čtyřikrát zvětší. V případě tenkých filmů křemíku to znamenalo, že po několika nabíjecích a vybíjecích cyklech došlo k drolení kompaktní křemíkové vrstvy a výraznému úbytku kapacity. Ani záměna filmu za menší částice křemíku příliš nepomohla – rozpadající se částice ztrácely kontakt s kolektorem.

Klepněte pro větší obrázek 

Vědci využili poznatků ze starších experimentů s „jednorozměrnými“ nanotrubičkami z uhlíku a dalších oxidů, a na kovovém kolektoru „vypěstovali“ podobné nanodrátky z křemíku. Pro jejich výrobu lze použít proces napařování křemíku na kolektory z nerezové oceli v argonové atmosféře s využitím dvou lithiových fólií jako elektrod. Pro tento proces není zapotřebí využívat žádných šablon ani masek tak, jako je tomu při výrobě procesorů.

Malý průměr drátků a jejich rozmístění jim umožňuje změnu objemu, při které nedochází k poškození materiálu podobně jako u spojité vrstvy křemíku či u částic o rozměrech v řádech mikronů.

Díky způsobu, jakým drátky vznikají, je každý z nich spojený s kolektorem, takže je lze všechny  využít pro ukládání energie. Další výhodou je to, že se náboj pohybuje pouze ve směru drátku a díky tomu, že je každý nanodrátek spojený s kolektorem, není zapotřebí dalších materiálů a spojů, které by zbytečně zvyšovaly hmotnost článků.

Na následující fotografii jsou snímky z rastrovacího elektronového mikroskopu – na prvním z nich jsou zachycené nanodrátky před a na druhém po nabití – obojí při stejném zvětšení.

Klepněte pro větší obrázek 

Na další fotografii jsou snímky z transmisního elektronového mikroskopu, se kterými vědci ověřovali, nakolik se objem nanodrátků při nabíjení a vybíjení mění. Na fotografii c je nanodrátek potažený vrstvou niklu před nabitím. Po nabití a nárůstu objemu křemíku se niklová vrstva roztáhla a potrhala, po opětovném vybití zůstal niklový obal roztažený a křemík uvnitř se smrskl. Nenechte se zmást různou šířkou drátku, obrázek d je v pětkrát menším měřítku. Spirálovité zatočení porušeného obalu dokládá, že se naodrátek při nabíjení natahuje i do délky.

Klepněte pro větší obrázek

Při prvním nabíjecím a vybíjecím cyklu dochází k nevratné ztrátě asi čtvrtiny teoretické maximální kapacity křemíkových anod. V druhém nabíjecím cyklu už je účinnost těchto baterií kolem devadesáti procent a s dalšími cykly už jen mírně degradují.

Poslední obrázek zachycuje křemíkové nanodrátky během prvního nabíjecího cyklu.

Klepněte pro větší obrázek

S ohledem na to, že lze k výrobě křemíkových nanodrátků využívat současné technologie, by neměl být velký problém uvést tuto technologii rychle do praxe. O objev již projevilo zájem několik společností, detaily ale profesor Yi Cui, který vedl výzkumný tým, nezveřejnil. Uvedl také, že zvažuje založení společnosti pro výrobu baterií nebo zadání zakázky některému ze stávajících výrobců baterií. Produkce baterií s křemíkovými nanodrátky bude prý vyžadovat jeden či dva odlišné výrobní kroky, ale výroba ve velkém měřítku by neměla dělat problémy.

Baterie využívající nové technologie by mimo napájení notebooků a mobilních zařízení také mohly být startovacím impulzem k rozvoji elektromobilů. Cui předpokládá, že by bylo možné využívat je i v domácích podmínkách pro ukládání elektrické energie ze solárních panelů.

Všichni autoři zahraničních zpráv už se vidí s notebookem s dvaceti či čtyřicetihodinovou výdrží, který bez problémů ustojí na baterie transatlantický let, ale obavám se, že tato vize je až příliš optimistická.

Raději budeme doufat, že pokud se tato technologie skutečně v dohledné době dostane do praxe, nebudou to výrobci hardwaru brát jako něco, díky čemu se mohou zase vykašlat na dražší úsporné komponenty, a producenti baterií jako impulz k výrobě desetkrát menších akumulátorů se stejnou kapacitou, abychom nebyli zase na svých dvou a půl hodinách běžné práce na baterie.

Zdroj: Stanford University

Diskuze (61) Další článek: Chcete práci? Naučte se programovat

Témata článku: Baterie, OBJ, Izolátor, Kolektor, První elektromobil, Lithiová baterie, Malý průměr, Oxid, Tenký film, Stanfordská univerzita, Převrat, První experiment, Elektromobil, BAT, Mikroskopy, Nabíjení, Objev, Převratný objev, Klasický problém, Nový elektromobil, Stanford Univerzita, Nerezová ocel, Kapacita, Poslední obrázek, Lithium



Sex manželských párů? Jen výjimečně. Ložnice ovládnou roboti s umělou inteligencí

Sex manželských párů? Jen výjimečně. Ložnice ovládnou roboti s umělou inteligencí

** Sex manželských párů jen při zvláštních příležitostech. ** Ložnice ovládnou sexuální roboti s umělou inteligencí. ** I to je jeden ze závěrů Mezinárodní robotické konference.

Filip KůželJiří Liebreich
RobotiSexUmělá inteligence
Druhotné softwarové licence. Kdo by nechtěl legální Windows za stovku…

Druhotné softwarové licence. Kdo by nechtěl legální Windows za stovku…

Koupě originálního programového vybavení přímo od výrobce není jedinou možností, jak sehnat pro váš počítač legální software. Další možností je koupit licenci od toho, kdo ji už nepotřebuje nebo nevyužije. Můžete ušetřit nemalou částku, zároveň si však dávejte pozor na podvodníky.

Jan Spěšný
Nový hit. Tahle appka vám udělá profilovku jako od pouličního ilustrátora

Nový hit. Tahle appka vám udělá profilovku jako od pouličního ilustrátora

** Aplikace NewProfilePic se na Androidu stala hitem ** Můžete si v ní vytvořit profesionálně vypadající profilovky ** Pozor ale na agresivní cenovou politiku za Pro verzi

Martin Chroust
FotografieUmělá inteligenceMobilní aplikace
25 nejlepších filmových parodií, které můžete vidět. Víme, kde je najdete online

25 nejlepších filmových parodií, které můžete vidět. Víme, kde je najdete online

Filmové parodie jsou divácky velmi vděčné a mezi filmaři oblíbené. Tvůrci v nich mohou totiž zcela beztrestně vykrádat cizí díla a v jejich nápodobě popustit uzdu své fantazii. Vybrali jsme nejlepší zahraniční i české parodie.

Jaromír PukMarek Čech
Filmy, které musíte vidět
Zaujala vás Hra o trůny (Game of Thrones)? Potom se vám budou líbit i tyto seriály

Zaujala vás Hra o trůny (Game of Thrones)? Potom se vám budou líbit i tyto seriály

Hra o trůny (Game of Thrones) je legendární seriál televize HBO. Od roku 2011 v osmi sezónách popisoval boj šlechtických rodů o vládu a moc. Hra o Trůny sice skončila, ale tady jsou další seriály podobného charakteru, které by se vám mohly líbit.

Ondřej Králík
Filmy, které musíte vidět
Světu hrozí „vlhká žárovka.“ Měla dorazit až v polovině století, ale už je tu

Světu hrozí „vlhká žárovka.“ Měla dorazit až v polovině století, ale už je tu

** Nejteplejší místo na Zemi nemusí být to nejnebezpečnější ** Největším zabijákem se stane až mix tepla a vlhkosti ** Asie se nebezpečně přiblížila hraniční hodnotě 35 °C twb

Jakub Čížek
MeteorologieGlobální oteplování
Munice ze zrušeného railgunu se postaví střelám s plochou dráhou letu

Munice ze zrušeného railgunu se postaví střelám s plochou dráhou letu

** Americké letectvo chce v nejbližší době postavit a otestovat prototyp nového samohybného děla ** To by mělo být schopné sestřelovat střely s plochou dráhou letu ** Při tom bude využívat munici určenou původně pro railgun

Stanislav Mihulka
VojenstvíUSA