Smartphones, tablets en andere elektronische apparaten werken op oplaadbare batterijen, maar na enkele duizenden gebruikscycli beginnen de batterijen hun vermogen om een lading vast te houden te verliezen. De meeste moderne batterijen zijn lithium, maar na verloop van tijd zal het lithium in de batterij gaan roesten.
In plaats van lithium, gebruikten onderzoekers van de University of California, Irvine gouden nanodraden om elektrische lading op te slaan, en het systeem dat ze ontwikkelden bleek superieur te zijn aan traditionele lithiumbatterijen. Het doorstond 200.000 oplaadcycli zonder significante verslechtering van de eigenschappen en tekenen van corrosie.
Ze begrijpen echter nog steeds niet helemaal waarom dit gebeurt. Het oorspronkelijke idee van het experiment was om een vaste elektrolytbatterij te maken, waarin een elektrolytpasta wordt gebruikt in plaats van een vloeibare elektrolyt. Vloeibare batterijen, zoals lithium, zijn licht ontvlambaar en temperatuurgevoelig. De onderzoekers experimenteerden met het gebruik van dikke, geleidende pasta's.
"We begonnen een cyclus van opladen van het apparaat, en realiseerden ons toen dat het niet zou 'doodgaan'", zei studieleider Reginald Penner. "Maar tot nu toe begrijpen we het mechanisme hiervan niet."
Volgens de nieuwe technologie wordt een gouden nanodraad gebruikt om batterijen te maken, de maat is niet dikker dan een bacterie, bedekt met mangaanoxide en beschermd door een laagje elektrolytpasta. De pasta werkt samen met de oxidelaag om corrosie te voorkomen. Hoe langer de nanodraad, hoe groter het oppervlak en hoe meer lading het kan vasthouden. Andere onderzoekers hebben lange tijd met nanodraden geëxperimenteerd, maar in tegenstelling tot hen stelden wetenschappers van de Universiteit van Irvine eerst voor om een beschermende pasta te gebruiken.
“De pasta doet veel meer dan alleen de draden bij elkaar houden. Het lijkt erop dat het metaaloxide zachter en beter bestand is tegen scheuren,”zei Penner.
Deze technologie belooft de levensduur van de batterij in consumentenelektronica met 400 keer te verlengen, maar tot nu toe is het testplatform geen echte batterij. Batterijen hebben een anode waardoor elektrische stroom het systeem binnenkomt en een kathode waardoor deze naar buiten komt. In plaats daarvan bonden de wetenschappers twee kathodes aan elkaar, die elkaar tijdens het opladen vervangen. De continue cyclus van het wisselen van kathodes maakt het ideale systeem voor het testen van meerdere oplaadbeurten.
Penner zegt dat het als een continu proces is van het gieten van water van de ene beker naar de andere en weer terug. Na enkele honderden gietcycli wordt gewoonlijk een deel van het water uitgegoten, waardoor de "lading" wordt verminderd. Maar het systeem van Penner, wanneer het 200.000 keer water tussen "kopjes" giet, verliest slechts ongeveer 5 procent.
Promotie video:
Ondanks het gebruik van sporen van goud in dit experiment, zou dit de productie van dergelijke batterijen duur kunnen maken. Penner suggereert dat een meer gebruikelijk metaal zoals nikkel kan worden gebruikt in plaats van goud.
Sergey Lukavsky
