Raziskovalci s 3D tiskom do varnejših baterij

Raziskovalci s slavnega tehnološkega inštituta Caltech so razvili novo metodo izdelave tridimenzionalnih baterijskih katod s pomočjo 3D-tiska. Z novim postopkom so strupen, drag in neetično pridobljen kobalt uspešno nadomestili z veliko varnejšim litijevim železovim fosfatom.
Foto: Greer lab / Caltech
Foto: Greer lab / Caltech

Litij-ionske baterije ostajajo glavni vir napajanja za večino naših prenosnih naprav, električnih avtomobilov in sistemov za shranjevanje obnovljive energije. Kljub njihovi nepogrešljivosti pa klasične baterije s seboj prinašajo precejšnja tveganja, predvsem zaradi uporabe kobalta v katodah. Kobalt je namreč znan po svoji strupenosti, zapletenih in etično spornih dobavnih verigah ter nagnjenosti k pregrevanju in vžigu ob morebitnem prenapolnjenju.

Ekipa znanstvenikov pod vodstvom Julie R. Greer je v laboratoriju Caltech pa je nedavno našla učinkovito alternativo. Kobalt so v celoti odstranili in ga nadomestili z litijevim železovim fosfatom, ki je vgrajen v posebno ogljikovo matriko. Ta material, krajše imenovan LFP, je v industriji že prepoznan kot izjemno stabilen in praktično odporen proti nevarnim kratkim stikom ali toplotnemu pobegu.

Vendar ima LFP sam po sebi veliko hibo. V običajnih pogojih polnjenje poteka relativno počasi, kar omejuje njegovo splošno uporabnost. Znanstveniki pa so to težavo zaobšli z inovativnim pristopom k sami obliki notranjosti baterije. Namesto standardnih ravnih oziroma dvodimenzionalnih elektrod so s pomočjo naprednega 3D-tiska ustvarili zapleteno tridimenzionalno strukturo katode.

Prehod na 3D-zasnovo drastično poveča aktivno površino, kjer se kemična energija pretvarja v električni tok. Tekoči elektrolit potuje skozi to natisnjeno strukturo, ki spominja na labirint, kar pomeni, da ima tekočina v vsakem trenutku neposreden stik s trdno površino elektrode. Posledično se močno skrajša pot, ki jo morajo delci oziroma ioni »prepotovati« med katodo in separatorjem. Baterija lahko zato shranjeno energijo sprosti veliko hitreje, kar neposredno poveča njeno energijsko gostoto in hitrost delovanja.

Čeprav so rezultati laboratorijskih testov izjemno obetavni, je ta tehnologija še vedno v zelo zgodnji fazi razvoja. Izdelava tako zapletenih 3D-struktur v velikem obsegu predstavlja ogromen proizvodni izziv, ki bo zahteval leta optimizacije, preden bomo te baterije dejansko videli v vsakdanjih napravah.

Raziskovalna ekipa, katere študija je bila objavljena v strokovni reviji ACS Energy Letters, že načrtuje naslednji korak. Njihov cilj je razviti še ujemajočo se 3D-anodo, s čimer bi ustvarili popolnoma tridimenzionalno baterijo. V končni fazi želijo v strukturo vključiti še polimerni elektrolit, kar bi vodilo do razvoja prave, izjemno varne baterije v trdnem stanju.


Vam je bila novica zanimiva?

Povejte prijateljem, da ste novico prebrali na Računalniških novicah.

Share
Prijavi napako v članku
Vas zanima več iz te teme?
Li-ion baterija


Kaj berejo drugi?

Partnerji Računalniških novic Prikaži vse

OD A – Ž d.o.o.

Mariborska cesta 128, 3000 Celje, Tel: 041 627 640
Zlati partner

AGENCIJA ODMEV

Gregorčičeva ulica 3, 1000 Ljubljana,
Diamantni partner

ZAVOD DIGITALNO INOVACIJSKO STIČIŠČE (DIH SLOVENIJE)

Dimičeva ulica 13, 1000 Ljubljana, Tel: 040 606 710
DIH Slovenije omogoča digitalno transformacijo po principu vse-na-enem-mestu, v Sloveniji in širše. Osvešča in zagotavlja storitve za rast digitalnih kompetenc, izmenjavo digitalnih ... Več
Zlati partner

AUDIO BM d.o.o.

Italijanska ulica 8, 1000 Ljubljana, Tel: 059 044 055
Kot eden najpomembnejših čutov nam sposobnost sluha omogoča povezovanje in socializiranje s preostalim svetom. Najpomembneje pa je, da nas sluh poveže z ljudmi in omogoča komunikacijo ... Več