Не необходимо перестроить аккумулятор, чтобы улучшить его работу. Как Клэр Виллевиейлл, глава исследовательской группы материалов батареи в Институте Пола Шеррера заявляет PSI: «В контексте этой конкурентоспособной области большинство исследователей концентрируется на развитии новых материалов».
В сотрудничестве с коллегами в ETH в Цюрихе Виллевиейлл и co-исследователь Жюльетт Билло проявили другой подход: «Мы проверили существующие компоненты в целях полностью эксплуатации их потенциала». Просто, оптимизируя анод графита – или отрицательный электрод – на обычном литий-ионном аккумуляторе, исследователи смогли повысить работу батареи. «При лабораторных условиях мы смогли увеличить вместимость фактором до 3. Вследствие их сложного строительства коммерческие батареи не будут в состоянии полностью копировать эти результаты. Но работа будет определенно увеличена, возможно целых 30 – 50 процентов: дальнейшие эксперименты должны привести к более точным прогнозам."Исследователи указывают, что с точки зрения промышленного внедрения, у улучшения существующих компонентов есть большое преимущество требования меньшего количества входа развития, чем новый дизайн батареи, используя новые материалы.
Поскольку Виллевиейлл говорит: «У нас уже есть все, в чем мы нуждаемся. Если бы производитель был готов взять производство, увеличенные батареи могли бы быть готовы к рынку в течение одного или двух лет». Процедура проста, рентабельна и масштабируема для использования на аккумуляторах во всех областях применения, с наручных часов на смартфон, от ноутбука до автомобиля. И у этого есть дополнительная премия того, чтобы быть передаваемым к другим батареям катода анода, таким как те на основе натрия.
Подготовка хлопьевВ этом случае изменяя путь работа анодов была ключом к успеху.
Аноды сделаны из графита, т.е. углерода, устроенного в крошечных, плотно упакованных хлопьях, сопоставимых по внешности с темно-серыми кукурузными хлопьями, случайно сжатыми, как в баре гранолы. Когда литий-ионный аккумулятор заряжает, литиевый проход ионов от катода или положительный металлический окисный электрод, через жидкость электролита к аноду, где они сохранены в баре графита. Когда батарея используется и таким образом освобождение, литиевые ионы пасуют назад к катоду, но вынуждены взять много обходов через плотно упакованную массу хлопьев графита, ставя под угрозу работу батареи.
Эти обходы в основном преодолимы, если хлопья устроены вертикально во время производственного процесса анода так, чтобы они были сосредоточены параллельные друг другу, указав от самолета электрода в направлении катода. Приспосабливая метод, уже используемый в производстве синтетических композиционных материалов, это выравнивание было достигнуто Андрэ Стюдаром и командой экспертов по исследованию в области существенной наноструктурации в Швейцарской высшей технической школе Цюриха.
Метод связал покрытие хлопья графита с наночастицами окиси железа, чувствительной к магнитному полю и приостановке их в этаноле. Приостановленный и уже намагниченные хлопья впоследствии подвергнуты магнитному полю 100 миллитесла – о силе магнита холодильника. Андрэ Стюдар объясняет, что, «вращая магнит во время этого процесса, пластинки не только выравнивают вертикально, но и в параллельном формировании друг другу, как книги по полке.
В результате им отлично заказывают, уменьшая дистанции распространения, преодоленные литиевыми ионами к минимуму."Более короткие пути для ионовМикроскопические изображения показывают, что, если магнит остается включенным во время следующего процесса сушки, пластинки держат свою новую ориентацию, даже когда удалено из приостановки этанола.
Вместо их раньше случайной договоренности хлопья в сжатом баре графита теперь параллельны, позволяя литиевым ионам течь намного более легко и быстро, также увеличивая вместимость, позволяя большему количеству ионов состыковаться во время зарядного процесса. Клэр Виллевиейлл подчеркивает, что «химический состав батарей остается тем же самым».
Остающиеся наночастицы окиси железа незначительны в количестве и не влияют на функцию батареи. «Все, что мы сделали, было, оптимизируют структуру анода».