Νέα ηλεκτρόδια με δικτύωση νανοσωματιδίων μπορούν να οδηγήσουν σε πολύ γρήγορη φόρτιση μπαταριών.
Ένα νέο σχέδιο ηλεκτροδίων για μπαταρίες ιόντων-λιθίου έχει αποδειχθεί ότι μπορεί να μειώσει το χρόνο φόρτισης από ώρες σε λεπτά αντικαθιστώντας το συμβατικό ηλεκτρόδιο του γραφίτη με ένα οξειδίου του κασσιτέρου σε πορώδες δικτύωμα νανοσωματιδίων.
Οι μπαταρίες έχουν βασικά δύο ηλεκτρόδια, ένα ηλεκτρόδιο ανόδου και ένα καθόδου. Στις περισσότερες μπαταρίες ιόντων – λιθίου η άνοδος σήμερα είναι κατασκευασμένη από γραφίτη.
«Η θεωρητική μέγιστη αποθηκευτική ικανότητα του γραφίτη είναι πολύ περιορισμένη, σε 372 mA • h / g, εμποδίζοντας σημαντικές προόδους στην τεχνολογία μπαταριών», σύμφωνα με Vilas Pol, Αναπληρωτή Καθηγητή του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Purdue του κέντρου Νανοτεχνολογίας στο Discovery Park
Οι ερευνητές έχουν πραγματοποιήσει πειράματα με άνοδο οξειδίου του κασσιτέρου που βασίζεται επάνω σε πορώδες δικτύωμα νανοσωματιδίων, η οποία έχει σχεδόν διπλάσια θεωρητική δυνατότητα φόρτισης του γραφίτη. Οι ερευνητές απέδειξαν ότι η πειραματική άνοδος μπορεί να φορτιστεί σε 30 λεπτά ενώ εξακολουθεί να έχει χωρητικότητα 430 mA • h / g, η οποία είναι μεγαλύτερη από τη θεωρητική μέγιστη χωρητικότητα του γραφίτη όταν φορτίζεται βραδέως επί 10 ώρες.
Η άνοδος αποτελείται από ένα «πορώδες δικτύωμα» διασυνδεδεμένων νανοσωματιδίων οξειδίου του κασσιτέρου που θα ήταν πρακτικό για εμπορική παραγωγή επειδή συντίθενται με την προσθήκη προδρόμου αλκοξειδίου κασσιτέρου σε βραστό νερό που ακολουθείται από θερμική επεξεργασία.
«Εμείς δεν χρησιμοποιούμε εδώ κάποια εξελιγμένη χημεία», ανέφερε ο Vilas Pol «Αυτό είναι ένα πολύ απλό γρήγορο «μαγείρεμα» προδρόμου οργανικού μετάλλου- σε βραστό νερό. Η πρόδρομη ένωση είναι ένα στερεό αλκοξείδιο του κασσίτερου -ένα υλικό οικονομικά αποδοτικό και ευρέως διαθέσιμο ανάλογο με το αλκοξείδιο- τιτανίου. Σίγουρα η τεχνολογία αυτή θα καταστεί πλήρως προσιτή σε μία προοπτική εφαρμογών ευρείας κλίμακας».
Το σχηματικό διάγραμμα απεικονίζει ένα νέο σχέδιο ηλεκτροδίων για μπαταρίες ιόντων λιθίου. Τα νέα ηλεκτρόδια μπορούν να μειώσουν το χρόνο φόρτισης από ώρες σε λεπτά αντικαθιστώντας το συμβατικό ηλεκτρόδιο γραφίτη με ένα δίκτυο από νανοσωματίδια οξειδίου του κασσιτέρου.
Όταν τα νανοσωματίδια οξειδίου του κασσιτέρου θερμαίνονται στους 400°C αυτό-οργανώνονται σε ένα δίκτυο που περιέχει τους πόρους που διαστέλλονται και συστέλλονται και επιτρέπουν στο υλικό να αναπνέει κατά τη διάρκεια του κύκλου φόρτισης-εκφόρτισης της μπαταρία.
Τα διαστήματα είναι πολύ σημαντικά στην αρχιτεκτονική αυτή, χωρίς την κατάλληλη διασύνδεση μεταξύ των επιμέρους νανοσωματίδιων οξειδίου του κασσιτέρου και το μέγεθος των πόρων, η μπαταρία θα αποτύχει.
Όπως αναφέρθηκε μελλοντική έρευνα θα περιλαμβάνει την δοκιμή λειτουργίας και αντοχής της μπαταρίας σε πολλούς κύκλους φόρτισης – εκφόρτισης σε πραγματικές συνθήκες κυκλοφορίας οχήματος.
