Opdagelsen kan fremskynde vedtagelsen af elbiler og solenergi, samt hjælpe til at oplade din smartphone i minutter
Gift 25 Jul 2018 18.00 BST
Opdagelsen af niobium wolfram oxider øger muligheden for at udvikle en smart telefon, batteri, der kan være fuldt opladet i løbet af minutter.
Foto: Santi Palacios/AP
Et nyligt identificeret gruppe af materialer, der kan hjælpe med at genoplade batterierne hurtigere, øge muligheden for smartphones, der oplades fuldt ud i minutter og fremskynde vedtagelsen af store rene teknologier som elbiler og solenergi, siger forskere.
Den hastighed, som et batteri kan oplades, afhænger dels ved den hastighed, som positivt ladede partikler, kaldet lithium ioner, der kan bevæge sig i retning af et negativt ladede elektrode, hvor de bliver så gemt. En begrænsende faktor i bestræbelserne på at “super” batterier, der oplades hurtigt er den hastighed, hvormed disse lithium ioner vandrer, som regel gennem keramiske materialer.
En mulig løsning er at gøre alting meget mindre, ved at gøre batterier med nanopartikler. Men nanopartikler er dyrt og besværligt at lave og så har forskerne ledt efter alternative materialer for at omgå dette problem.
Nu har forskere ved University of Cambridge har identificeret en gruppe af materialer, som kaldes niobium wolfram oxider, hvorigennem lithium ioner kan bevæge sig med forbavsende høje priser, hvilket betyder meget hurtigere opladning af batterier.
“Niobium wolfram oxider er fundamentalt forskellige,” sagde Kent Griffith, der er førsteforfatter på undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet Nature. Først opdaget i 1965, disse materialer har en stiv, åben struktur, og har større partikelstørrelser end mange andre materialer, der almindeligvis anvendes i batterier.
Til at måle bevægelsen af lithium ioner gennem disse usædvanlige materialer, forskerne brugte en teknologi, der ligner det, der findes i en MR-scanner. De fandt, at lithium ioner, der bevægede sig gennem deres test materialer hundredvis af gange hurtigere, end de ville gennem typiske keramiske elektrode materialer.
En anden fordel af disse alternative materialer er, at de er billige og enkle at gøre. “Disse oxider er nemme at lave og kræver ikke ekstra kemikalier eller opløsningsmidler,” sagde Griffith.
El-biler og el-skala opbevaring for solenergi er to miljøvenlige teknologier, som kan blive revolutioneret af bedre batterier.
Clare Grå, professor i materialer kemi på University of Cambridge og ledende forfatter på papiret, sagde, at det næste skridt vil være at optimere anvendelsen af dette materiale i en fuldt opladet batteri, som kan være cyklede for tid og længde er nødvendige for elektriske køretøjer. “For eksempel, el-busser, hvor du ønsker at oplade bus meget hurtigt ved busstoppestedet,” tilføjede hun.
“Den opdagelse er meget spændende i forhold til, hvad det betyder for batteriets ydeevne,” sagde Dan Brett, professor i elektrokemiske engineering ved University College London, som ikke var involveret i arbejdet. “De rigtig smarte ting ved arbejdet er den indsigt i mekanismen, og evnen til at måle, hvor hurtigt lithium ioner rejse gennem materialet.”
Brett tilføjede: “Denne teknik vil også tillade, at disse materialer, der skal optimeres yderligere, så vi kan se frem til fremtidige forbedringer i [batteri] power, energi og levetid.”