Bateria w grafenowej kołderce: 120 cykli ładowania i pojemność nie uległa zmianie

fot. © vege - bank zdjęć Fotolia.com

fot. © vege - bank zdjęć Fotolia.com

fot. © vege - bank zdjęć Fotolia.com

fot. © vege – bank zdjęć Fotolia.com

Baterie to pięta achillesowa urządzeń mobilnych. Nadal starczają na zbyt krótko i ładują się zbyt wolno, aby korzystanie ze smartfonów i tabletów było komfortowe. Rozwiązaniem problemu może być grafen – cudowne dziecko elektroniki.

Wciąż najpopularniejsze pozostają akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion). Pod wieloma względami lepsze od nich byłyby akumulatory litowo-siarkowe (Li-S): są lżejsze, mają większą pojemność i są tańsze. Jak każde ogniwo galwaniczne składają się z dwóch elektrod, anody i katod, zanurzonych w elektrolicie. Różnica między różnymi rodzajami akumulatorów wynika przede wszystkim z materiałów elektrod. Katoda w akumulatorze litowo-siarkowym zawiera siarkę – stąd nazwa akumulatora, jego zalety, a również wady. Siarka w elektrodzie sprawia trochę problemów. Zamiast grzecznie siedzieć na swoim miejscu, rozpuszcza się w elektrolicie i odpływa od katody. Efekt? Po kilku cyklach ładowania pojemność akumulatora drastycznie spada i przestaje nadawać się do użytku.

Akumulatory Li-S lepsze dzięki węglowi…

Już od kilku lat ulepsza się te akumulatory przy pomocy węgla. Aby utrzymać siarkę w ryzach, umieszcza się ją w porowatej węglowej strukturze. Możemy to sobie wyobrazić jako rodzaj gąbki zrobionej z węgla, w której porach siedzą atomy siarki. To znacznie zmniejsza uciekanie siarki, ale nie redukuje go całkowicie. W końcu z gąbki też zawsze trochę wody wycieka.

… i jeszcze lepsze dzięki grafenowi

Ostatnio międzynarodowy zespół naukowców z uniwersytetów w Cambridge i w Pekinie spróbował pójść jeszcze dalej. Aby bardziej ograniczyć uciekanie siarki, całość węglowo-siarkowej gąbki otoczyli grafenem. Grafen również jest złożony z atomów węgla, ale jest to tylko jedna ich warstwa, przypominająca plaster miodu. Z tego wynikają niesamowite własności grafenu, w tym świetna przewodność elektryczna i giętkość. Te dwie własności przydały się przy tworzeniu tego nowego akumulatora. Dzięki dobrej przewodności akumulator szybciej się ładuje, a giętkość sprawia, że katoda może w trakcie reakcji chemicznych rozszerzać się bez uszkadzania struktury. No i oczywiście grafen uszczelnia katodę i siarka ma jeszcze bardziej utrudnione uciekanie.

Pojemność akumulatora nie spada

Twórcy nowego, ulepszonego akumulatora przetestowali go na 120 cyklach ładowania. To tak, jakbyśmy przez jedną trzecią roku codziennie naładowywali i całkowicie rozładowywali telefon. Pojemność tego akumulatora okazała się być o 20% większa od pojemności akumulatora bez grafenu. I, co ważniejsze, po takiej liczbie cyklów ładowania pojemność praktycznie nie zmieniła się. Jest zatem nadzieja, że akumulatory litowo-siarkowe w końcu trafią pod strzechy. Dzięki grafenowi.

Więcej szczegółów na temat tego akumulatora można znaleźć w artykule w APL Materials.

Bądź na bieżąco!
Zapisz się na nasz bezpłatny newsletter.