Uten tvil vil vi alle ha nytte av lengre batterilevetid i våre bærbare datamaskiner, hybrider og andre bærbare enheter. Dessverre strømmen litium-ion-batteri (LIB) har stort sett nådd sitt potensiale, og den eneste måten å øke den frakoblede driftstiden i våre bærbare enheter er å lage større batterier. Det er imidlertid neppe en brukbar løsning i en bransje der lettere og slankere utstyr er svært ønskelig. Vi trenger noe nytt; en måte å øke lagringskapasiteten betydelig uten å måtte lage større energilagringsenheter.
Anbefalte videoer
Nylig har Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory kom opp med en ny vri på litium-ion-batteriet som angivelig kan lagre "minst" dobbelt så mye energi som et konvensjonelt hybrid- eller bærbar batteri. I dette tilfellet innebærer metoden bruk av et svamplignende silisium. Andre foreslåtte "gjennombrudd" for batteriforbedring har blitt gjort, men de kan skje eller ikke, og er i beste fall år unna. Denne er imidlertid ikke bare svært plausibel, men også relativt smertefri å distribuere.
Hvorfor silisium?
For tiden bruker nesten alle LIB-er grafittelektroder i lagring og utlading av energi. Disse konvensjonelle LIB-ene lagrer så lite som 10 ganger mindre energi enn hva silisiumbaserte elektroder er i stand til. Mens de matematiske formlene er komplekse, i en perfekt verden, vil et silisiumbasert batteri da gi deg 10 ganger strømforsyningen. Men gitt alt annet som krever vurdering, for eksempel batterikjemi, silisiumelektroder (noen ganger kalt anodes) kan doble, eller muligens tredoble energilagringskapasiteten i forhold til gjeldende standard.
Et problem med å bruke silisium tidligere har vært at det ville absorbere alt for mange litiumioner (de er nødvendige for å lagre og hjelpe til med å generere strøm), og utvider seg ofte så mye som 400 prosent i masse i løpet av lader. Dette, som du kan forestille deg, forårsaket alle slags problemer, inkludert (men ikke begrenset til) brudd på batterihuset. Det var bare ubrukelig - helt til Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory kom opp med en silisiumelektrode kalt "mesoporøs silisiumsvamp” som vokser med bare levedyktige 30 prosent.
Enkelt sagt er mesoporøs silisiumsvamp et stykke silisium perforert med hull. Når du absorberer litiumioner, i stedet for å utvide seg utover, øker silisiumet massen ved å fylle hullene. Med 30 prosent ekspansjonsgrense inneholder den silisiumbaserte elektroden en energikonsentrasjon på rundt 750 mAh per gram, eller omtrent det dobbelte av grafittbaserte elektroder. I tillegg har silisiumelektrodene vist seg å være spenstige - prototypebatteriet beholdt 80 prosent av kapasiteten etter 1000 ladninger.
Når får vi se disse nye batteriene?
Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory sitt neste logiske skritt ville være å bygge en større prototype - kanskje noe stort nok til å drive en vanlig mobilenhet. I mellomtiden, mens vi venter på at regjeringens forskere skal fortsette å utvikle teknologien, et oppstartsselskap i Silicon Valley ved navn "Amprius” jobber for tiden med å utvikle og kommersialisere dem også.
Riktignok er Amprius sin silisiumbaserte litiumion-energiabsorpsjonshastighet mye lavere (bare 10-50 prosent mer energilagring enn grafitt), men så langt har resultatene har vært oppmuntrende nok til å antyde at silisium meget vel kan spille en viktig rolle i å drive våre mobile dataenheter – og kanskje snart.
Redaktørenes anbefalinger
- Hvordan ta vare på den bærbare datamaskinens batteri og forlenge levetiden
Oppgrader livsstilen dinDigitale trender hjelper leserne å følge med på den fartsfylte teknologiverdenen med alle de siste nyhetene, morsomme produktanmeldelser, innsiktsfulle redaksjoner og unike sniktitter.
