Επιστήμονες ανέπτυξαν Li-Ion μπαταρίες με την βοήθεια άμμου

Στο πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Riverside, οι επιστήμονες δημιούργησαν μια νέα επαναστατική μπαταρία με την βοήθεια της άμμου. Η νέα αυτή μπαταρία αποδίδει μέχρι και τρεις φορές περισσότερο από τις συμβατικές ιόντων λιθίου και μάλλον αποτελεί το μέλλον των φορητών συσκευών.

“Είναι το Ιερό Δισκοπότηρο- ένας οικονομικός, μη τοξικός και φιλικός προς το περιβάλλον τρόπος για να παραχθούν υψηλής απόδοσης Li-Ion άνοδοι μπαταρίας” λέει ο Zachary Favors, μεταπτυχιακός φοιτητής που δουλεύει μαζί με τους Cengiz και Mihri Ozkan, μηχανικοί καθηγητές στο πανεπιστήμιο Riverside. Η ιδέα προήλθε από τον Favors έξη μήνες πριν, όταν χαλάρωνε στην παραλία και έπιασε μια χούφτα άμμο. Η έρευνα του έχει επίκεντρο την δημιουργία καλύτερων Li-Ion μπαταριών, κυρίως για τις προσωπικές μας συσκευές και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ενώ δίνει ιδιαίτερη έμφαση στην άνοδο, ή αλλιώς στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας. Ο γραφίτης είναι το βασικό υλικό για μία άνοδο, αλλά όσο τα ηλεκτρονικά έχουν γίνει πιο ισχυρά, δεν υπάρχουν περιθώρια για την βελτίωση του. Οι ερευνητές τώρα εστιάζουν στην χρήση πυριτίου σε νανοκλίμακα, σαν αντικατάσταση του γραφίτη. Το πρόβλημα όμως με το πυρίτιο σε νανοκλίμακα είναι πως φθείρεται γρήγορα και είναι δύσκολο να παραχθεί σε μεγάλες ποσότητες. Ευτυχώς ο Favors μπόρεσε να υπερνικήσει τις δυσκολίες με την βοήθεια της άμμου και πιο συγκεκριμένα, ενός συγκεκριμένου τύπου με υψηλή περιεκτικότητα σε χαλαζία.

Η διαδικασία είναι αρκετά απλή. Η άμμος (b) αλέθεται και κάθε κόκκος παίρνει διαστάσεις νανομέτρων. Έπειτα, με μια σειρά βημάτων καθαρισμού το χρώμα της αλλάζει και από καφέ γίνεται ανοικτό άσπρο (c), όπως η άχνη ζάχαρη. Στην συνέχεια, αναμειγνύεται αλάτι και μαγνήσιο, και τα δύο κοινά στοιχεία που βρίσκονται στο θαλασσινό νερό και τα πρόσθεσε στο καθαρισμένο χαλαζία. Τέλος, το μείγμα θερμαίνεται, με το αλάτι να απορρόφα την θερμότητα και το μαγνήσιο να αφαιρεί το οξυγόνο από τον χαλαζία. Το αποτέλεσμα είναι καθαρό πυρίτιο (d). Η ομάδα Ozkan ήταν αρκετά ικανοποιημένη και μάλιστα προέκυψε μια έκπληξη, θετική αυτή την φορά. Το καθαρό νάνο-πυρίτιο διαμορφώνεται με ένα πολύ πορώδες τρισδιάστατο σχήμα, σαν σφουγγάρι. Αυτή η πορώτητα έχει αποδειχθεί πως είναι το κλειδί για την βελτίωση των επιδόσεων της μπαταρίας. Οι αυξημένες επιδώσεις σημαίνει πως μεγαλώνει η διάρκεια ζωής των μπαταριών που βασίζονται σε πυρίτιο, για ηλεκτρικά αυτοκίνητα, μέχρι τρεις φορές ή και περισσότερο, που θα ωφελήσουν τους καταναλωτές δεδομένου ότι οι ανταλλακτικές κοστίζουν μια περιουσία. Η πυκνότητα της ενέργειας είναι τρεις φορές υψηλότερη σε σχέση με ανόδους από τον κλασικό γραφίτη, που σημαίνει πως οι φορητές συσκευές θα διαρκούν 3 φορές περισσότερο με μία φόρτιση. Τέλος, η ομάδα προσπαθεί να παράγει μεγαλύτερες ποσότητες πυριτίου και σχεδιάζουν να δημιουργήσουν μπαταρίες μεγαλύτερες από μικρά κέρματα, σαν αυτές που χρησιμοποιούνται στα κινητά. Η έρευνα στηρίζεται πλήρως από την Temiz Energy Technologies, καθώς και από το γραφείο εμπορικοποίησης τεχνολογιών του πανεπιστημίου που έχει καταθέσει πατέντες για τις εφευρέσεις. Δεν είναι απίθανο, λοιπόν, να δούμε τις πρωτοποριακές αυτές μπαταρίες κάπου στο κοντινό μέλλον να επαναστατούν στον χώρο των mobile συσκευών.