De ce telefoanele inteligente pot obține o actualizare cu această nouă baterie Tech

Există mai multe telefoane mobile în lume decât există oameni. Aproape toate acestea sunt alimentate de baterii litiu-ion reîncărcabile, care sunt singura componentă cea mai importantă care permite revoluția electronică portabilă din ultimele câteva decenii. Niciunul dintre aceste dispozitive nu ar fi atractiv pentru utilizatori dacă nu ar avea suficientă putere pentru a dura cel puțin câteva ore, fără a fi deosebit de greu.

Bateriile litiu-ion sunt, de asemenea, utile în aplicații mai mari, cum ar fi vehiculele electrice și sistemele de stocare a energiei de tip smart-grid. Și inovațiile cercetătorilor în știința materialelor, care urmăresc îmbunătățirea bateriilor litiu-ion, deschid calea pentru baterii și mai performante și mai performante. Există deja formarea cererii pentru baterii de mare capacitate care nu se vor aprinde sau ar putea exploda. Și mulți oameni au visat de baterii mai mici, mai ușoare, care se încarcă în câteva minute - sau chiar secunde - dar stochează suficientă energie pentru alimentarea unui dispozitiv de zile.

Cercetătorii ca mine, totuși, se gândesc și mai aventuros. Automobilele și sistemele de stocare a rețelelor ar fi chiar mai bune dacă ar putea fi descărcate și reîncărcate de zeci de mii de ori în decursul multor ani sau chiar de câteva decenii. Echipajele de întreținere și clienții ar prefera bateriile care ar putea să se monitorizeze și să trimită alerte dacă au fost deteriorate sau nu mai funcționează la performanțe maxime - sau chiar au reușit să se repare. Și nu poate fi prea mult să visezi bateriile cu dublă utilizare integrate în structura unui obiect, ajutând la modelarea formei unui smartphone, a unei mașini sau a unei clădiri, alimentând în același timp funcțiile sale.

Tot ceea ce poate deveni posibil deoarece cercetările mele și altele ajută oamenii de știință și inginerii devin din ce în ce mai pricepuți în controlul și manipularea materiei la scara atomilor individuali.

Materiale emergente

În cea mai mare parte, progresele înregistrate în stocarea energiei se vor baza pe dezvoltarea continuă a științei materialelor, prin impunerea limitelor de performanță a materialelor existente în baterii și prin dezvoltarea de structuri și compoziții de baterii cu totul noi.

Industria acumulatorilor lucrează deja pentru a reduce costul bateriilor litiu-ion, inclusiv prin eliminarea cobaltului scump din electrozii lor pozitivi, numiți catozi. Acest lucru ar reduce, de asemenea, costul uman al acestor baterii, deoarece multe mine din Congo, principala sursă de cobalt din lume, utilizează copiii pentru a face munca dificilă manuală.

Vezi deasemenea: Această jumătate de baterie, jumătate de celule solare hibride ar putea fi un schimbător de joc total

Cercetătorii găsesc modalități de a înlocui materialele care conțin cobalt cu catozi fabricați mai ales din nichel. În cele din urmă, ei ar putea să înlocuiască nichelul cu mangan. Fiecare dintre aceste metale este mai ieftin, mai abundent și mai sigur de a lucra decât cu predecesorul său. Dar vin cu un compromis, pentru că au proprietăți chimice care scurtează durata de viață a bateriilor.

Cercetătorii încearcă, de asemenea, să înlocuiască ionii de litiu care transferă între cei doi electrozi ioni și electroliți care pot fi mai ieftini și potențial mai siguri, cum ar fi cei pe bază de sodiu, magneziu, zinc sau aluminiu.

Grupul meu de cercetare se uită la posibilitățile de utilizare a materialelor bidimensionale, în esență extrem de subțiri de substanțe cu proprietăți electronice utile. Grafenul este probabil cel mai cunoscut dintre acestea - o foaie de carbon cu un singur atom gros. Vrem să vedem dacă stivuirea straturilor de diverse materiale bidimensionale și apoi infiltrarea stivei cu apă sau alte lichide conductive ar putea fi componente cheie ale bateriilor care se reîncarcă foarte repede.

Privind în interiorul bateriei

Nu este vorba doar de materiale noi care extind lumea inovării bateriei: noile echipamente și metode permit, de asemenea, cercetătorilor să vadă ce se întâmplă în interiorul bateriilor mult mai ușor decât a fost posibil.

În trecut, cercetătorii au efectuat o baterie printr-un anumit proces de încărcare-descărcare sau un număr de cicluri, apoi au scos materialul din baterie și l-au examinat după fapt. Numai atunci elevii ar putea învăța ce schimbări chimice s-au întâmplat în timpul procesului și să deduce cum a funcționat bateria și ce a afectat performanța acesteia.

Dar acum, cercetătorii pot urmări materialele bateriei pe măsură ce se supun procesului de stocare a energiei, analizând chiar structura atomică și compoziția lor în timp real. Putem folosi tehnici sofisticate de spectroscopie, cum ar fi tehnicile de raze X disponibile cu un tip de accelerator de particule numit sincrotron - precum și microscoape electronice și sonde de scanare - pentru a urmări mișcările ionilor și modificarea structurilor fizice, deoarece energia este stocată și eliberată din materiale într-o baterie.

A se vedea, de asemenea: Cum o descoperire a bateriei poate conduce la autoturismele electrice care se încarcă în câteva secunde

Aceste metode permit cercetătorilor ca mine să-și imagineze noi structuri și materiale de baterii, să le facă și să vadă cât de bine funcționează sau nu. În acest fel, vom putea păstra revoluția materialelor bateriei.

Acest articol a fost inițial publicat în The Conversation de Veronica Augustyn. Citiți articolul original aici.