Forskere lader frem for at udvikle bedre batterier

Batterier dør på de mest ubelejlige tidspunkter. Mobiltelefoner bliver mørke under vigtige samtaler, fordi et batteri ikke er blevet genopladet. Eller bilindustrien er begejstret for et nyt batteridrevet køretøj, men det har brug for hyppig genopladning. Eller værftet er forsinket, fordi batteriet til din snortrimmer er dødt.

Forskere ved University of Texas i Dallas har udviklet en kraftfuld, miljøsikker lithium-svovlerstatning, der drastisk kan forlænge batteriets levetid. Deres arbejde er blevet offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi .

"Almindelige lithium-ion-batterier har kun en vis kapacitet, " sagde Dr. Kyeongjae "K.J." Cho, professor i materialevidenskab og teknik. "Og de fleste vil gerne bruge deres telefoner i længere tid."

Mange smartphone-brugere er bekendt med holdbarheden af ​​lithium-ion-batterier. Nogle gange kan en opladning vare omkring en dag. Cho sagde, at de fleste ville være enige i, at det ville være mere bekvemt, hvis den opladning varede en uge eller mere.

Cho, sammen med forskningsassistent Dr. Jeongwoon Hwang, både fra Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science, arbejdet sammen med andre regionale videnskabsmænd for at forbedre lithium-svovl-batterier, længe anset af mange for at være en udvikling fra lithium-ion-batterier.

Lithium-Svovl kan være løsningen

Lithium-svovl-batterier har vigtige fordele i forhold til lithium-ion-batterier. Ifølge Cho, de er billigere at lave, vejer mindre, opbevarer næsten dobbelt så meget energi som lithium-ion-batterier og er bedre for miljøet.

"Et lithium-svovl-batteri er, hvad de fleste af forskersamfundet tror er den næste generation af batterier, " sagde Cho. "Det har en kapacitet på omkring tre til fem gange højere end lithium-ion-batterier, hvilket betyder, at hvis du er vant til, at en telefon varer i tre timer, du kan bruge den i ni til 15 timer med et lithium-svovlbatteri."

Men lithium-svovl-batterier er ikke uden problemer. Svovl er en dårlig elektrisk leder og kan blive ustabil over blot flere opladnings-og-genopladningscyklusser. Elektroder, der går i stykker, er en anden grund til, at lithium-svovlbatterier ikke er mainstream.

Forskere har forsøgt at forbedre lithium-svovl-batterier ved at sætte lithiummetal på den ene elektrode og svovl på den anden. Imidlertid, lithiummetal er ofte for ustabilt, og svovl for isolerende. Forskerne opdagede en teknologi, der producerede et svovl-kulstof nanorør-stof, der skabte mere ledningsevne på en elektrode, og en nanomaterialebelægning for at skabe stabilitet for den anden.

Cho og andre forskere opdagede, at molybdæn, et metallisk element, der ofte bruges til at styrke og hærde stål, skaber et materiale, der justerer tykkelsen af ​​belægningen, når det kombineres med to svovlatomer, en belægning, der er tyndere end silken fra et edderkoppespind. De fandt, at det forbedrede stabiliteten og kompenserede for dårlig ledningsevne af svovl, hvilket giver mulighed for større effekttæthed og gør lithium-svovl-batterier mere kommercielt levedygtige.

"Dette var, hvad alle ledte efter, i lang tid, " sagde Cho. "Det er gennembruddet. Vi forsøger at undertrykke sidereaktioner. Det er en beskyttelsesteknologi."

Forskere siger, at denne opdagelse kan ændre den måde, vi ser på batterier og oplever batterilevetid.

"Vi tager dette til næste skridt og vil fuldt ud stabilisere materialet, og bringe det til virkelighed, praktisk kommerciel teknologi, " sagde Cho.