Oamenii de știință de la Universitatea Tehnologică Nanyang (NTU Singapore) au dezvoltat o nouă baterie care poate fi reîncărcată până la 70% în doar 2 minute. Bateria va avea, de asemenea, o durată de viață mai lungă de peste 20 de ani.

baterii

Așteptat să fie următorul lucru important în tehnologia bateriilor, această descoperire are un impact larg asupra multor industrii, în special pentru vehiculele electrice care sunt în prezent inhibate de timpii lungi de reîncărcare de peste 4 ore și durata de viață limitată a bateriilor.

Această nouă generație de baterii litiu-ion va permite vehiculelor electrice să se încarce de 20 de ori mai repede decât tehnologia actuală. Cu acesta, vehiculele electrice vor putea, de asemenea, să elimine înlocuirea frecventă a bateriei. Noua baterie va putea suporta mai mult de 10.000 de cicluri de încărcare - de 20 de ori mai mult decât actualele 500 de cicluri ale bateriilor actuale.

Oamenii de știință din NTU Singapore au înlocuit grafitul tradițional folosit pentru anod (pol negativ) în bateriile litiu-ion cu un nou material gel fabricat din dioxid de titan, un material abundent, ieftin și sigur găsit în sol. Este utilizat în mod obișnuit ca aditiv alimentar sau în loțiuni de protecție solară pentru a absorbi razele ultraviolete nocive.

Găsit în mod natural într-o formă sferică, NTU Singapore a dezvoltat o metodă simplă de a transforma particulele de dioxid de titan în nanotuburi mici, care sunt de o mie de ori mai subțiri decât diametrul unui fir de păr uman.

Această nanostructură este cea care ajută la accelerarea reacțiilor chimice care au loc în noua baterie, permițând încărcarea rapidă.

Inventată de profesorul asociat Chen Xiaodong de la Școala de Știința și Ingineria Materialelor de la NTU Singapore, știința din spatele formării noului gel de dioxid de titan a fost publicată în ultimul număr al Advanced Materials, un jurnal științific internațional de frunte în știința materialelor.

Profesorul NTU, Rachid Yazami, care a fost co-inventatorul anodului litiu-grafit în urmă cu 34 de ani, care a fost folosit astăzi în majoritatea bateriilor litiu-ion, a declarat că invenția prof. Chen este următorul mare salt în tehnologia bateriilor.

"În timp ce costul bateriilor litiu-ion a fost redus semnificativ și performanțele sale s-au îmbunătățit de când Sony a comercializat-o în 1991, piața se extinde rapid către noi aplicații în mobilitatea electrică și stocarea energiei", a spus prof. Yazami.

„Există încă spațiu de îmbunătățit și o astfel de zonă cheie este densitatea puterii - cât de multă energie poate fi stocată într-o anumită cantitate de spațiu - care se referă direct la capacitatea de încărcare rapidă. În mod ideal, timpul de încărcare pentru bateriile din vehiculele electrice ar trebui să fie să fie mai puțin de 15 minute, ceea ce s-a dovedit a face anodul nanostructurat al prof. Chen. "

Prof. Yazami, care este colegul prof. Chen la NTU Singapore, nu face parte din acest proiect de cercetare și dezvoltă în prezent noi tipuri de baterii pentru aplicații pentru vehicule electrice la Institutul de Cercetări Energetice din NTU (ERI @ N).

Comercializarea tehnologiei

Înainte, echipa de cercetare a prof. Chen va solicita un grant Proof-of-Concept pentru a construi un prototip de baterie la scară largă. Tehnologia brevetată a atras deja interesul industriei.

Tehnologia este în prezent licențiată către o companie, iar Prof Chen se așteaptă ca noua generație de baterii cu încărcare rapidă să ajungă pe piață peste doi ani. Deține un mare potențial în depășirea problemelor de lungă durată legate de electromobilitate.

„Cu nanotehnologia noastră, mașinile electrice ar putea să-și mărească spectaculos autonomia cu doar cinci minute de încărcare, ceea ce este egal cu timpul necesar pentru a pompa benzina pentru mașinile actuale”, a adăugat prof. Chen.

„La fel de important, acum putem reduce drastic deșeurile generate de bateriile aruncate, deoarece bateriile noastre durează de zece ori mai mult decât generația actuală de baterii litiu-ion.”

Durata lungă de viață a noii baterii înseamnă, de asemenea, că șoferii economisesc la costul înlocuirii bateriei, care ar putea costa peste 5.000 USD fiecare.

Ușor de fabricat

Potrivit lui Frost & Sullivan, o firmă de consultanță în creștere, piața mondială a bateriilor reîncărcabile litiu-ion se estimează că va avea o valoare de 23,4 miliarde USD în 2016.

Bateriile litiu-ion folosesc de obicei aditivi pentru a lega electrozii de anod, ceea ce afectează viteza în care electronii și ionii se pot transfera în și în afara bateriilor.

Cu toate acestea, noii electrozi pe bază de nanotuburi cu dioxid de titan reticulat, prof. Chen, elimină necesitatea acestor aditivi și pot împacheta mai multă energie în aceeași cantitate de spațiu.

"Fabricarea acestui nou gel de nanotuburi este foarte ușoară", a adăugat prof. Chen. "Dioxidul de titan și hidroxidul de sodiu sunt amestecate împreună și agitate la o anumită temperatură. Producătorilor de baterii le va fi ușor să integreze noul nostru gel în procesele lor actuale de producție."

Acest proiect de cercetare a bateriei a dus la finalizarea echipei de patru oameni de știință NTU Singapore de trei ani și este finanțat de Fundația Națională de Cercetare din Singapore.

Anul trecut, Prof. Yazami a primit Premiul Draper de la Academia Națională de Inginerie pentru munca sa inovatoare în dezvoltarea bateriei litiu-ion împreună cu alți trei oameni de știință.