Nytt superbatteri på vei

Snart kan du lade din kredittkort-tynne mobil på ett sekund.

Publisert
Illustrasjonen viser den spesielle tredimensjonale strukturen i aksjon. (Foto: (Illustrasjon: The Beckman Institute for Advanced Science and Technology))
Illustrasjonen viser den spesielle tredimensjonale strukturen i aksjon. (Foto: (Illustrasjon: The Beckman Institute for Advanced Science and Technology))

Mens mobil- og datateknologien blir stadig kraftigere, sliter batteriene med å holde følge.

Et forskerteam ved the University of Illinois har nylig publisert en studie der de forteller om et nytt superbatteri.

De nye batteriene kan være knøttsmå, men likevel superkraftige.

– De seneste tiårene har elektronikken blitt liten. De tenkende delene av datamaskiner har blitt små. Og batteriene har havnet langt bak. Dette er en mikroteknologi som kan endre dette, forteller lederen av forskergruppen, William P. Bliss, i en pressemelding.

Tredimensjonal struktur

Til nå har batteriene balansert mellom kraft og energi, og man har måttet prioritere én av delene. Til oppgaver som krever mye kraft, har batteriene kunnet frigi energi raskt, men har samtidig bare kunnet lagre forholdsvis små mengder.

For oppgaver som krever energi over lang tid, bruker batteriene som kan lagre store mengder energi, lang tid på å frigi denne energien, og lang tid på å lade opp igjen.

– Hvis du vil ha mye energi, får du ikke mye kraft. Hvis du vil ha mye kraft, er det veldig vanskelig å få mye energi, forteller James Pikul, som også har vært med på utviklingen.

– Men for en rekke interessante oppgaver, spesielt moderne oppgaver, trengs begge deler. Det er hva batteriene våre er i ferd med å gjøre. Vi utforsker nå et område innen energilagring som ikke er tilgjengelig med dagens teknologi.

Det er batterienes spesielle tredimensjonale struktur som får mye av æren for den høye ytelsen.

Batterier består av to hovedkomponenter, anoder (minus) og katoder (pluss). Forskerne har videreutviklet en ny hurtigladende katodeteknologi fra en annen forskergruppe og utviklet en matchende anode.

Teknologien som det nye batteriet er basert på ble utviklet i fjor av professor Paul Braun og hans forskerteam. Det var de som først utviklet tredimensjonale strukturer for å øke batterienes ytelse.

Om det aktive materialet i et batteri er en tynn film, vil batteriet kunne lades opp og frigi energi meget raskt. Problemet er bare at filmens lave volum gir en ekstremt liten energikapasitet.

Braun tok denne filmen og gjorde den om til en tredimensjonal struktur, noe som ga muligheter for rask utladning og ladning samtidig som batteriet beholdt levetiden til vanlige batterier.

Store muligheter

Fremgangsmåten for å lage disse strukturene er å sette sammen en rekke sfærer, pakke dem tett sammen som et gitter og så fylle rommene mellom og rundt sfærene med metall. Sfærene blir deretter oppløst og man står igjen med et rammeverk av metall som likner en svamp.

Forskergruppen som nå har utviklet materialet videre tok denne strukturen og fant en måte å integrere de to komponentene, anoder og katoder, på mikroskala, noe som ga dem funksjonelle batterier.

Størrelsen og ytelsen til batteriene gjør at elektroniske enheter kan bli langt mindre i fremtiden. Batteriene er i tillegg oppladbare, med en ladetid som er tusen ganger raskere enn nåværende teknologi.

I teorien kan disse batteriene i fremtiden gi oss kredittkorttynne mobiltelefoner som kan lades opp på et sekund, elbiler som kan lades på minutter og medisinske apparater som er mindre og mer effektive.

Forskerne jobber nå med å integrere batteriene med andre elektroniske komponenter, og å utvikle billige produksjonsmetoder.

Kilde:

James H. Pikul et.al., High-power lithium ion microbatteries from interdigitated three-dimensional bicontinuous nanoporous electrodes.  Nature Communications 4, Article number: 1732 doi:10.1038/ncomms2747