Enkelt selvopladet batteri tilbyder strømløsninger til enheder

En ny type batteri kombinerer negativ kapacitans og negativ modstand i samme celle, lader cellen selv oplade uden at miste energi, hvilket har vigtige konsekvenser for langtidslagring og forbedret udgangseffekt for batterier.

Disse batterier kan bruges i ekstremt lavfrekvent kommunikation og i enheder som blinkende lys, elektroniske bippere, spændingsstyrede oscillatorer, invertere, skifte strømforsyninger, digitale omformere og funktionsgeneratorer, og i sidste ende for teknologier relateret til moderne computere.

I Anvendt fysik anmeldelser Helena Braga og kolleger ved University of Porto i Portugal og University of Texas i Austin, rapportere, at de laver deres meget enkle batteri med to forskellige metaller, som elektroder og en lithium- eller natriumglaselektrolyt mellem dem.

"Den glaselektrolyt, vi udviklede, var lithiumrig, og så tænkte jeg, at vi kunne lave et batteri, hvori elektrolytten ville fodre begge elektroder med lithium-ioner, ved opladning og afladning uden behov for lithiummetal, sagde Braga.

Dette arbejde er vigtigt, fordi det forener teorien bag alle solid-state enheder – såsom batterier, kondensatorer, solceller og transistorer - hvor de forskellige materialer i elektrisk kontakt udviser det kombinerede materiales egenskaber i stedet for de enkelte materialers egenskaber.

"Når et af materialerne er en isolator eller dielektrikum, såsom en elektrolyt, det vil lokalt ændre sin sammensætning for at danne kondensatorer, der kan lagre energi og justere Fermi-niveauerne i enheden, sagde Braga.

I et batteri, det åbne kredsløbs potentialforskel mellem elektroderne skyldes et elektrisk behov for at justere Fermi-niveauerne, et mål for energien af ​​de mindst fastholdte elektroner i et fast stof, som også er ansvarlig for elektrodernes polaritet. De kemiske reaktioner kommer senere og fødes af denne elektriske potentielle energi, der er lagret i kondensatorerne.

"Vores elektrokemiske celler, som i princippet er enklere end batterier, handler om selvorganisering, som er livets substans, " sagde Braga.

At bidrage til en mere bæredygtig verden, selvcykling kan stoppes eller afbødes ved ikke at tillade et spring i Fermi-niveauerne eller ved at konfigurere en negativ modstand til at ske.

"Dette kan opnås ved at have den negative elektrode af samme materiale som elektrolyttens positive ioner, " sagde Braga. "Det giver anledning til en enhed, der selvoplader uden selv at cykle - hvilket øger energien, der er lagret i den - i modsætning til den naturlige nedbrydning af den elektrokemiske proces, der får den lagrede energi til at falde ved bortledning af varme. Sidstnævnte har applikationer i alle energilagringsenheder, såsom batterier og kondensatorer, og kan forbedre deres autonomi væsentligt."