Smarttelefoner, surfplattor och andra elektroniska enheter körs på uppladdningsbara batterier, men efter tusentals användningscykler börjar batterierna förlora sin förmåga att hålla en laddning. De flesta moderna batterier är litium, men med tiden korroderar litium inuti batteriet.
Istället för litium använde forskare vid University of California Irvine guldnanotrådar för att lagra elektrisk laddning, och systemet de utvecklade befanns vara överlägset traditionella litiumbatterier. Den motstod 200 000 uppladdningscykler utan betydande försämring av egenskaper och tecken på korrosion.
Men de förstår fortfarande inte helt varför detta händer. Den ursprungliga idén med experimentet var att skapa ett fast elektrolytbatteri där en elektrolytpasta används istället för en flytande elektrolyt. Flytande batterier, såsom litium, är mycket brandfarliga och temperaturkänsliga. Forskare experimenterade med tjocka, ledande pastor.
"Vi startade en cykel med laddning av enheten och insåg sedan att den inte skulle" dö ", säger studieledare Reginald Penner. "Men hittills förstår vi inte mekanismen för detta."
Enligt den nya tekniken, för att skapa batterier, används en guld nanotråd, storleken är inte tjockare än en bakterie, täckt med manganoxid och skyddad av ett lager av elektrolytpasta. Pastan samverkar med oxidbeläggningen för att förhindra korrosion. Ju längre nanotråd, desto större ytarea och desto mer laddning kan den hålla. Andra forskare har experimenterat med nanotrådar länge, men till skillnad från dem föreslog forskare vid University of Irvine först att använda en skyddande pasta.
”Pastan gör mycket mer än bara att hålla ihop ledningarna. Det verkar göra metalloxiden mjukare och mer motståndskraftig mot sprickbildning, säger Penner.
Denna teknik lovar att öka batteritiden i konsumentelektronik med 400 gånger, men hittills är testplattformen inte ett riktigt batteri. Batterierna har en anod genom vilken elektrisk ström kommer in i systemet och en katod genom vilken den går ut. Istället band forskarna två katoder som ersätter varandra medan de laddas. Den kontinuerliga cykeln med byte av katoder gör det perfekta systemet för att testa flera laddningar.
Penner säger att det är som en kontinuerlig process att hälla vatten från en kopp till en annan och tillbaka igen. Efter flera hundra hällcykler hälls vanligtvis ut en del av vattnet, vilket minskar”laddningen”. Men Penners system tappar bara cirka 5 procent när det häller vatten mellan "koppar" 200 tusen gånger.
Kampanjvideo:
Trots användningen av spårmängder av guld i detta experiment kan detta göra produktionen av sådana batterier kostsamma. Penner föreslår att en vanligare metall som nickel kan användas istället för guld.
Sergey Lukavsky