Selvreparerende batterier:Ingeniører udvikler en måde at skabe batterier med høj kapacitet og lang levetid

Ingeniører ved University of Tokyo udvikler konstant nye måder at forbedre batteriteknologien på. Professor Atsuo Yamada og hans team har for nylig udviklet et materiale, der betydeligt kan forlænge batteriernes levetid og give dem større kapacitet, såvel.

Fra smartphones til pacemakere og biler, batterier driver meget af vores verden, og deres betydning bliver kun ved med at vokse. Der er to særlige aspekter af batterier, som mange mener skal forbedres for at opfylde vores fremtidige behov. Disse er batteriets levetid og også dets kapacitet - hvor meget ladning det kan opbevare.

Chancerne er, at dine enheder bruger en type batteri kaldet et lithium-ion-batteri. Men en anden slags baseret på natrium i stedet for lithium kan snart blive almindelig. Begge typer batterier kan opbevare og levere en stor mængde ladning, takket være den måde, indgående materialer passerer elektroner rundt på. Men i både lithium- og natriumbatterier, gentagne cyklusser af opladning og brug kan reducere lagerkapaciteten betydeligt over tid.

Inde i et typisk batteri, der er lag af metallisk materiale. Når batterier oplades og aflades, disse lag nedbrydes og udvikler revner eller flager - kaldet stablingsfejl - som reducerer batteriernes evne til at opbevare og levere ladning. Disse stablingsfejl opstår, fordi materialet holdes sammen af ​​en svag kraft kaldet Van der Waals-kraften, som let overvældes af den belastning, der påføres materialerne under opladning og brug.

Yamada og kolleger demonstrerede, at hvis batteriet er lavet af et modelmateriale - oxygen-redox-lag-oxid (Na ₂ RuO ₃ ) — så sker der noget bemærkelsesværdigt. Ikke alene mindskes nedbrydningen fra opladnings- og afladningscyklusser, men lagene reparerer sig faktisk selv. Dette skyldes, at det materiale, som forskerne viste, holdes fast af en kraft kaldet coulombisk tiltrækning, som er langt stærkere end Van der Waals-styrken.

"Det betyder, at batterier kan have meget længere levetid, men de kan også blive skubbet ud over niveauer, der i øjeblikket skader dem, " sagde Yamada. "At øge batteriernes energitæthed er af afgørende betydning for at realisere elektrificeret transport."