Uden tvivl ville vi alle have gavn af længere batterilevetid i vores bærbare computere, hybrider og andre bærbare enheder. Desværre den nuværende lithium-ion batteri (LIB) har stort set nået sit potentiale, og den eneste måde at øge unplugged driftstiden i vores bærbare enheder er at lave større batterier. Det er dog næppe en brugbar løsning i en industri, hvor lettere og slankere gear er yderst ønskeligt. Vi har brug for noget nyt; en måde at øge lagerkapaciteten markant uden at skulle lave større energilagringsenheder.
Anbefalede videoer
For nylig har Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory kom med et nyt twist på lithium-ion-batteriet, der efter sigende kan lagre "mindst" dobbelt så meget energi som et konventionelt hybrid- eller bærbar batteri. I dette tilfælde medfører metoden brugen af et svampelignende silicium. Andre foreslåede "gennembrud" til batteriforbedring er blevet gjort, men de kan måske ikke ske, og er i bedste fald år væk. Denne er dog ikke kun meget plausibel, men også relativt smertefri at implementere.
Hvorfor silicium?
I øjeblikket bruger næsten alle LIB'er grafitelektroder til lagring og udledning af energi. Disse konventionelle LIB'er lagrer så lidt som 10 gange mindre energi end hvad siliciumbaserede elektroder er i stand til. Mens de matematiske formler er komplekse, i en perfekt verden, ville et siliciumbaseret batteri så give dig 10 gange så meget strømforsyning. Men givet alt andet, der kræver overvejelse, såsom batterikemi, siliciumelektroder (nogle gange kaldet anodes) kan fordoble eller muligvis tredoble energilagringskapaciteten i forhold til den nuværende standard.
Et problem med at bruge silicium tidligere har været, at det ville absorbere alt for mange lithium-ioner (de er nødvendige for at lagre og hjælpe med at generere strøm), der ofte udvider sig så meget som 400 procent i masse under opladning. Dette forårsagede, som du kan forestille dig, alle slags problemer, inklusive (men ikke begrænset til) brud på batterihuset. Det var bare ubrugeligt - indtil Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory kom med en siliciumelektrode kaldet en "mesoporøs siliciumsvamp”, der kun udvides med levedygtige 30 procent.
Enkelt sagt er mesoporøs siliciumsvamp et stykke silicium perforeret med huller. Når man absorberer lithium-ioner, i stedet for at udvide sig udad, øger silicium sin masse ved at fylde hullerne. Med udvidelsesgrænsen på 30 procent indeholder den siliciumbaserede elektrode en energikoncentration på omkring 750 mAh pr. gram, eller omtrent det dobbelte af grafitbaserede elektroder. Derudover har siliciumelektroderne vist sig at være modstandsdygtige - prototypebatteriet beholdt 80 procent af sin kapacitet efter 1.000 opladninger.
Hvornår vil vi se disse nye batterier?
Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratorys næste logiske skridt ville være at bygge en større prototype - måske noget stort nok til at drive en almindelig mobilenhed. I mellemtiden, mens vi venter på, at regeringens videnskabsmænd fortsætter med at udvikle teknologien, er en Silicon Valley-startup-virksomhed ved navn "Amprius” er i øjeblikket i gang med at udvikle og kommercialisere dem også.
Indrømmet, Amprius' siliciumbaserede lithium-ion energiabsorptionshastigheder er meget lavere (kun 10-50 procent mere energilagring end grafit), men indtil videre resultaterne har været opmuntrende nok til at antyde, at silicium meget vel kunne spille en vigtig rolle i at drive vores mobile computerenheder – og måske snart.
Redaktørens anbefalinger
- Sådan plejer du din bærbare computers batteri og forlænger dets levetid
Opgrader din livsstilDigital Trends hjælper læserne med at holde styr på den hurtige teknologiske verden med alle de seneste nyheder, sjove produktanmeldelser, indsigtsfulde redaktionelle artikler og enestående smugkig.
