Zonder twijfel zouden we allemaal profiteren van een langere batterijduur in onze laptops, hybrides en andere draagbare apparaten. Helaas, de huidige lithium ion batterij (LIB) heeft zijn potentieel vrijwel bereikt, en de enige manier om de unplugged looptijd van onze draagbare apparaten te vergroten is door grotere batterijen te maken. Dat is echter nauwelijks een werkbare oplossing in een sector waar lichtere en slankere uitrusting zeer wenselijk is. We hebben iets nieuws nodig; een manier om de opslagcapaciteit aanzienlijk te vergroten zonder grotere apparaten voor energieopslag te hoeven maken.
Aanbevolen video's
Onlangs heeft de Pacific Northwest National Laboratory van het Department of Energy kwam met een nieuwe draai aan de lithium-ionbatterij die naar verluidt “minstens” twee keer zoveel energie kan opslaan als een conventionele hybride- of laptopbatterij. In dit geval omvat de werkwijze het gebruik van een sponsachtig silicium. Er zijn nog andere voorgestelde “doorbraken” op het gebied van batterijverbetering gerealiseerd, maar deze kunnen wel of niet plaatsvinden en zullen op zijn best nog jaren duren. Deze is echter niet alleen zeer plausibel, maar ook relatief pijnloos in gebruik.
Waarom silicium?
Momenteel gebruiken bijna alle LIB's grafietelektroden bij het opslaan en ontladen van energie. Deze conventionele LIB's slaan slechts tien keer minder energie op dan waartoe siliciumgebaseerde elektroden in staat zijn. Hoewel de wiskundige formules complex zijn, zou een op silicium gebaseerde batterij in een perfecte wereld je tien keer zoveel stroom leveren. Echter, gezien al het andere dat aandacht vereist, zoals de chemie van de batterij, siliciumelektroden (ook wel anodes) kan de energieopslagcapaciteit verdubbelen of mogelijk verdrievoudigen ten opzichte van de huidige norm.
Een probleem bij het gebruik van silicium in het verleden was dat het veel te veel lithiumionen zou absorberen (ze zijn nodig om energie op te slaan en te helpen genereren), waarbij de massa vaak wel 400 procent toeneemt opladen. Dit veroorzaakte, zoals u zich kunt voorstellen, allerlei problemen, waaronder (maar niet beperkt tot) het breken van de batterijbehuizing. Het was gewoon onwerkbaar – totdat het Pacific Northwest National Laboratory van het Department of Energy op de proppen kwam met een siliciumelektrode die een ‘mesoporeuze siliconenspons” dat met slechts een haalbare 30 procent groeit.
Simpel gezegd is mesoporeuze siliciumspons een stuk silicium geperforeerd met gaten. Bij het absorberen van lithiumionen vergroot het silicium, in plaats van naar buiten uit te zetten, zijn massa door de gaten te vullen. Met de uitzettingslimiet van 30 procent bevat de op silicium gebaseerde elektrode een energieconcentratie van ongeveer 750 mAh per gram, of ongeveer het dubbele van die van op grafiet gebaseerde elektroden. Bovendien hebben de siliciumelektroden bewezen veerkrachtig te zijn: de prototypebatterij behield 80 procent van zijn capaciteit na duizend keer opladen.
Wanneer zien we deze nieuwe batterijen?
De volgende logische stap van het Pacific Northwest National Laboratory van het Department of Energy zou het bouwen van een groter prototype zijn – misschien iets dat groot genoeg is om een mainstream mobiel apparaat van stroom te voorzien. Ondertussen, terwijl we wachten tot de wetenschappers van de overheid de technologie blijven ontwikkelen, is er een startup uit Silicon Valley met de naam “Amprius” is momenteel ook bezig met het ontwikkelen en commercialiseren ervan.
Toegegeven, de op silicium gebaseerde energieabsorptie van lithium-ionen van Amprius is veel lager (slechts 10-50 procent meer energieopslag dan grafiet), maar tot nu toe is de De resultaten zijn bemoedigend genoeg om te suggereren dat silicium heel goed een belangrijke rol zou kunnen spelen bij het aandrijven van onze mobiele computerapparatuur – en misschien ook wel spoedig.
Aanbevelingen van de redactie
- Hoe u voor de batterij van uw laptop zorgt en de levensduur ervan verlengt
Upgrade uw levensstijlMet Digital Trends kunnen lezers de snelle technische wereld in de gaten houden met het laatste nieuws, leuke productrecensies, inzichtelijke redactionele artikelen en unieke sneak peeks.
