Křemíkové nanotrubičky pomáhají extrémně zvýšit výdrž akumulátorů

reklama

Jejich vznik by mělo umožnit použití nových křemíkových nanovodičů, a vědci jsou optimističtí i v odhadu, kdy se tohoto technologického zázraku dočkáme: podle jejich názoru je pravděpodobné, že se nová technologie již poměrně brzy dostane na trh!

"Není to jen malé vylepšení, ale skutečně revoluční vývoj," zdůrazňuje Yi Cui, odborný asistent oddělení Materials Science and Engineering ve Stanfordu, který na projektu pracoval déle než rok.

V současnosti je kapacita lithium-iontových akumulátorů omezena tím, kolik lithia může být vázáno na anodě. Ta je nyní vyráběna obvykle z uhlíku, ale pokud bude místo něj použit křemík, lze dosáhnout výrazně větší kapacity. Yi Ciu je přesvědčen, že desetinásobné zvýšení kapacity umožní např. notebookům po čtyřhodinovém nabíjení pracovat zhruba 40 hodin, tedy téměř dva dny!

Akumulátory vyrobené novou technologií mohou být použity také třeba v mobilních telefonech, MP3 přehrávačích a spotřební elektronice, nebo dokonce i v elektromobilech. Uplatnění by mohly najít zřejmě i v moderních budovách, kde by sloužily k uskladnění energie získané ze solárních panelů, komentuje možnosti využití Yi Ciu.

Silikonové anody mají teoreticky nejvyšší nabíjecí kapacitu, ale také velký problém, který tkví v jejich opotřebovávání v průběhu série nabíjecích cyklů, kdy se mění jejich struktura a dochází k degradaci výkonu baterie. To umrtvilo jejich vývoj na třicet let, kdy se výzkumníci zatím hlavně pokoušeli vylepšit uhlíkové anody, aby zvýšili životnost baterií. Stanfordský tým naproti tomu překonal tyto problémy konstrukcí nového typu anody ze silikonových nanovláken, která se na rozdíl od předchozích křemíkových anod nelámou.

Princip umožňující tak radikální zvýšení kapacity akumulátorů tkví v tom, že nanovodiče jsou v akumulátoru aktivním materiálem, který ukládá lithiové ionty. Když křemíkové nanovodiče přijdou do styku s lithiovými ionty, zformují se v nový materiál - lithiový silicid, který pak díky svým vlastnostem přináší až desetinásobné zvýšení kapacity celého akumulátoru. Lithium je tak uloženo v obrovském množství miniaturních silikonových vodičů, tisícinásobně tenčích než lidský vlas, i když po absorbování lithia se mohou zvětšit na čtyřnásobek své standardní velikosti. Když se uložená energie zužitkuje, lithiový silicid se změní zpět v původní křemík a díky tomu je možné baterie opakovaně nabíjet, uvádějí výzkumníci.

Yi Cui připomíná, že pro komercionalizaci zmíněné technologie stojí v cestě ještě několik překážek, ale nejsou podle něj nepřekonatelné a vědci intenzívně pracují na vyřešení těchto problémů. Univerzita už podala žádost o uznání patentu na tuto technologii a vědci se nyní snaží vyvinout řešení, které by umožnilo vyrábět takovéto baterie průmyslově v masovém měřítku. Podle Yi Cuie může být proto uvedení této technologie do praxe velmi rychlé a několik společností již o ni prý projevilo zájem.

Využití křemíkových nanovodičů je další přelomový objev z řady pozoruhodných ohlášení v posledních měsících, které by v budoucnosti měly výrazně zvýšit možnosti v oblasti elektroniky a mikroelektroniky, kdy i u miniaturních konstrukčních prvků bude možné dosahovat extrémně vysokého výkonu a efektivity.

Už koncem minulého roku např. výzkumníci z Arizonské státní univerzity informovali o možnosti náhrady miniaturních magnetických pevných disků speciálními nanovodiči v průběhu 5-10 let, a vědci z IBM ohlásili průlom v použití světelných pulzů pro přenos informací mezi jádry mikroprocesorů (viz str. 39). Výzkumníkům z univerzity v Edinburghu se zase podařilo dosáhnout významný pokrok při manipulaci s nanovodiči, které lze použít při propojování mikročipů, což může mít podle vědců za zhruba 10-15 let zásadní vliv pro vývoj superpočítačů.

Autoři: (red)