Puterea de procesare a telefoanelor inteligente din zilele noastre și capacitatea lor de a îndeplini funcții multiple sunt cu adevărat uluitoare. Totuși, o problemă generală a acestor dispozitive este că autonomia acumulatorilor care le alimentează nici măcar nu se apropie de nivelul performanțelor lor tehnologice, ceea ce le împiedică să ia locul acelor gadgeturi ale căror competențe le imită cu succes.
Acesta este și motivul pentru care mulți dintre noi sunt nevoiți să mai transporte cu ei, pe lângă telefonul mobil cu sute de melodii stocate, și un mp3-player, sau, atunci când merg cu mașina, un dispozitiv GPS, deși smartphone-ul îndeplinește cu success aceste funcții și multe altele.
Acum, o nouă tehnologie creată de cercetătorii Universității Northwestern, din SUA, este pe cale să schimbe această situație. Inginerii de aici au realizat un electrod pentru bateriile cu litiu-ion – acumulatorii reîncărcabili folosiți în cazul celor mai multe dispozitive electronice – care le-ar putea oferi gadgeturilor o autonomie de funcționare de zece ori mai mare, precum și o durată a reîncărcării de la priză de zece ori mai mică decât normal.
Potrivit declarațiilor lui Harold H. Kung, coordonator al proiectului, chiar și după 150 de încărcări, noul tip de baterie tot va fi de cinci ori mai eficient decât acumulatorii li-ion aflați pe piață astăzi. Promisiunea inginerilor americani s-ar traduce prin mai mult de o săptămână de autonomie și printr-o durată de 15 minute de reîncărcare completă pentru orice acumulator.
Acumulatorii actuali se încarcă printr-o reacție chimică manifestată prin circularea înainte și înapoi a ionilor de litiu între cele două capete ale bateriei, anodul și catodul. Atunci când bateria este complet încărcată și folosită, ionii călătoresc dinspre anod, prin electrolit, și ajung în catod. În momentul când toții ionii se află în catod, atunci bateria este consumată. Iar în momentul reîncărcării, procesul se inversează și iar ionii se deplasează dinspre catod înspre anod.
Electrodul propus combină două procese chimice pentru a elimina cele două mari neajunsuri ale tehnologiei bateriilor cu li-ion: capacitatea lor limitată de a stoca energia (numărul de ioni înmagazinați) și rata de încărcare relativ lentă (viteza de mișcare a ionilor de litiu în timpul încărcării). Electrodul elimină aceste probleme și promite super-acumulatori pentru următoarea generație de dispozitive.
În versiunea actuală, anodul – construit din straturi subțiri de grafen – poate înmagazina doar un singur atom de litiu la fiecare șase atomi de carbon. Inginerii au experimentat înlocuirea carbonului cu siliciu, care poate suporta mult mai mult litiu (patru atomi de litiu pentru un atom de siliciu) decât carbonul. Problema este că siliciul se dilată și se contractă rapid în timpul procesului de alimentare. Acest lucru determină pierderea în scurt timp a capacității de reîncărcare a bateriei.
Dar echipa de la Universitatea Northwestern a rezolvat această dificultate stabilizând siliciul. Inginerii au făcut aceasta fixând siliciul între straturile de grafen, ca într-un sandvici. Acest lucru maximizează cantitatea de ioni care pot traversa straturile, menținând flexibilitatea ansamblului astfel încât bateria să nu fie supusă unei presiuni în timpul încărcării.
A doua problemă rezolvată de echipa lui Kung a fost viteza de reîncărcare. Acest lucru s-a realizat prin crearea unor orificii microscopice (de 10-20 nanometri) în straturile de grafen. Ele permite ionilor să se deplaseze pe o rută secundară și mai scurtă către anod, ceea ce reduce timpul de încărcare la o zecime din cel obișnuit.
Extrapolând implicațiile unei autonomii sporite a bateriilor pentru dispozitivele noastre electronice, noul electrod ar putea contribui și la micșorarea dimensiunilor bateriilor pentru mașinile electrice, precum și la o durată de viață mai mare a acestora. Tehnologia ar putea fi disponibilă pe piață oricând între trei și cinci ani de acum.
Sursa
