2,000倍強力で、1,000倍速く充電できる新しいリチウムイオンバッテリー設計

イリノイ大学、3D多孔性微細構造リチウムイオン電池

イリノイ大学アーバナシャンペーン校の研究者は、同等のバッテリーより2,000倍強力な新しいリチウムイオンバッテリーテクノロジーを開発しました。研究者によると、これはバッテリー技術の単なる進化的なステップではなく、「これは新しい実現技術であり、エネルギー源の通常のパラダイムを打ち破ります。これにより、私たちはさまざまな新しいことを行うことができます。」

現在、エネルギー貯蔵はすべてトレードオフです。大量の電力(ワット)または大量のエネルギー(ワットアワー)を使用できますが、通常は両方を使用することはできません。スーパーコンデンサー 大量の力を解放することができます、ただし数秒間のみ。燃料電池は膨大な量のエネルギーを蓄えることができますが、そのピーク出力には制限があります。最先端のテクノロジーの最新のアプリケーション(スマートフォン、ウェアラブルコンピューター、電気自動車)には大量の電力が必要であるため、これは問題です。 そして エネルギー。リチウムイオンバッテリーは現在、高電力とエネルギーのアプリケーションに最適なソリューションですが、最高のリチウムイオンバッテリーの設計でさえ、新しいデバイスを作成するときに、工業デザイナーと電子エンジニアが重大なトレードオフを行う必要があります。



これにより、スーパーキャパシタよりも電力密度が高く、現在のニッケル亜鉛およびリチウムイオン電池に匹敵するエネルギー密度を備えたイリノイ大学のバッテリーが適切に使用されます。による 大学のプレスリリース、この新しいバッテリーは、ワイヤレスデバイスが信号を30倍遠くに送信できるようにする可能性があります。あるいは、おそらくもっと便利なことに、30分の1に小さいバッテリーを装備することができます。それでも不十分な場合、この新しいバッテリーは充電式で、従来のリチウムイオンバッテリーよりも1,000倍速く充電できます。つまり、これは夢のバッテリーです。 (見る:DoEは、5倍の容量の化学電池を5年以内に求めています。それは可能ですか?)



イリノイ大学を示す図

これらの大きな進歩は、イリノイ大学の研究者によって開拓されたまったく新しいカソードおよびアノード構造に由来しています。本質的に、標準的なリチウムイオン電池は通常、グラファイトで作られた固体の二次元アノードとリチウム塩で作られたカソードを持っています。一方、新しいイリノイ電池には、多孔性の3次元のアノードとカソードがあります。この新しい電極構造を作成するために、研究者はガラス基板上にポリスチレン(発泡スチロール)の構造を構築し、ニッケルをポリスチレンに電着し、ニッケル-スズを陽極に、二酸化マンガンを陰極に電着します。上の図は、プロセスを説明するのに適しています。



最終結果として、これらの多孔性電極の表面積が大きくなり、特定の空間でより多くの化学反応を起こすことができ、最終的に放電速度(出力)と充電が大幅に向上します。これまでのところ、研究者たちはこの技術を使用してボタンサイズのマイクロバッテリーを作成してきました。下のグラフで、彼らのバッテリーが従来のソニーCR1620ボタンセルとどれだけ比較できるかを見ることができます。エネルギー密度はわずかに低くなりますが、電力密度は2,000倍になります。最先端のスペクトルの反対側—エネルギー密度は増加しますが、電力密度は低下します— 現在、IBMのリチウム空気電池が業界をリードしています

イリノイ大学を含むさまざまなバッテリー技術のエネルギー密度対電力密度

イリノイ大学の新しい微細構造のアノード/カソードリチウムイオンバッテリーを含む、さまざまなバッテリーテクノロジーのエネルギー密度と電力密度

実際の使用では、この技術はおそらく、はるかに小さくて軽いバッテリーをコンシューマーデバイスに装備するために使用されます。数秒で充電できるクレジットカードの厚さのバッテリーを搭載したスマートフォンを想像してください。また、レーザーや医療機器などの高出力の設定や、F1車や急速充電式の電動工具などのスーパーキャパシターを通常使用する他の分野で、消費者スペース以外にも多くのアプリケーションが存在します。ただし、これを実現するには、イリノイ大学が最初に、テクノロジーがより大きなバッテリーサイズに対応できること、および製造プロセスが商業生産に法外に高価でないことを証明する必要があります。期待しています。



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