Onderzoekers aan de Massachusetts Institute of Technology hebben een techniek ontwikkeld om lithiumion-accu's razendsnel op te laden. Een speciale coating zorgt voor een betere doorstroom van lithiumionen. In een jaar of drie moet de techniek zijn weg naar de markt vinden. Dan kunnen ook de accu's van elektrische en oplaadbare hybrideauto's supersnel worden geladen. Using their new processing technique, the two went on to make a small battery that could be fully charged or discharged in 10 to 20 seconds (it takes six minutes to fully charge or discharge a cell made from the unprocessed material).

Na de break het bericht van de Massachusetts Institute of Technology en een publicatie van de wetenschapsredactie van NRC (gistermiddag).

Opvolgen:

Bron: Massachusetts Institute of Technology

Re-engineered battery material could lead to rapid recharging of many devices

Beltway for electrical energy solves long-standing problem
Elizabeth A. Thomson, News Office
March 11, 2009

MIT engineers have created a kind of beltway that allows for the rapid transit of electrical energy through a well-known battery material, an advance that could usher in smaller, lighter batteries -- for cell phones and other devices -- that could recharge in seconds rather than hours.

The work could also allow for the quick recharging of batteries in electric cars, although that particular application would be limited by the amount of power available to a homeowner through the electric grid.

The work, led by Gerbrand Ceder, the Richard P. Simmons Professor of Materials Science and Engineering, is reported in the March 12 issue of Nature. Because the material involved is not new -- the researchers have simply changed the way they make it -- Ceder believes the work could make it into the marketplace within two to three years.

State-of-the-art lithium rechargeable batteries have very high energy densities -- they are good at storing large amounts of charge. The tradeoff is that they have relatively slow power rates -- they are sluggish at gaining and discharging that energy. Consider current batteries for electric cars. "They have a lot of energy, so you can drive at 55 mph for a long time, but the power is low. You can't accelerate quickly," Ceder said.

Why the slow power rates? Traditionally, scientists have thought that the lithium ions responsible, along with electrons, for carrying charge across the battery simply move too slowly through the material.

About five years ago, however, Ceder and colleagues made a surprising discovery. Computer calculations of a well-known battery material, lithium iron phosphate, predicted that the material's lithium ions should actually be moving extremely quickly.

"If transport of the lithium ions was so fast, something else had to be the problem," Ceder said.

Further calculations showed that lithium ions can indeed move very quickly into the material but only through tunnels accessed from the surface. If a lithium ion at the surface is directly in front of a tunnel entrance, there's no problem: it proceeds efficiently into the tunnel. But if the ion isn't directly in front, it is prevented from reaching the tunnel entrance because it cannot move to access that entrance.

Ceder and Byoungwoo Kang, a graduate student in materials science and engineering, devised a way around the problem by creating a new surface structure that does allow the lithium ions to move quickly around the outside of the material, much like a beltway around a city. When an ion traveling along this beltway reaches a tunnel, it is instantly diverted into it. Kang is a coauthor of the Nature paper.

Using their new processing technique, the two went on to make a small battery that could be fully charged or discharged in 10 to 20 seconds (it takes six minutes to fully charge or discharge a cell made from the unprocessed material).

Ceder notes that further tests showed that unlike other battery materials, the new material does not degrade as much when repeatedly charged and recharged. This could lead to smaller, lighter batteries, because less material is needed for the same result.

"The ability to charge and discharge batteries in a matter of seconds rather than hours may open up new technological applications and induce lifestyle changes," Ceder and Kang conclude in their Nature paper.

This work was supported by the National Science Foundation through the Materials Research Science and Engineering Centers program and the Batteries for Advanced Transportation Program of the U.S. Department of Energy. It has been licensed by two companies.

Bron: NRC

Coating maakt batterij sneller
Gepubliceerd: 12 maart 2009 16:33 | Gewijzigd: 12 maart 2009 17:07
Door onze redactie wetenschap

Rotterdam, 12 maart. Met aangepast materiaal duurt het nog maar seconden om oplaadbare batterijen op te laden, in plaats van uren. Twee natuurkundigen van het Massachusetts Institute of Technology in het Amerikaanse Cambridge hebben de lithiumverbinding waar oplaadbare batterijen van zijn gemaakt, zo aangepast dat de batterijen supersnel oplaadbaar worden. Dat schrijven zij vandaag in Nature.

Byoungwoo Kang en Gerbrand Ceder gebruikten de lithiumverbinding waar de oplaadbare batterijen in bijvoorbeeld mobiele telefoons, laptops en hybride auto’s nu ook al van zijn gemaakt. Zulke batterijen leveren een elektrische stroom wanneer lithiumionen (lithiumatomen die een elektron missen) van de ene naar de andere elektrode (de + en - polen van de batterij) stromen. Bij het opladen loopt er ook zo’n stroom, maar dan in omgekeerde richting.

Al langer was bekend dat die lithiumionen zich met grote snelheid door het materiaal kunnen verplaatsen. Zij bewegen daarbij door ‘kanalen’ in het materiaal, die een snelle passage toestaan. In theorie zou opladen daardoor ook snel moeten verlopen – want vooral de snelheid van de lithiumionen en de vrije elektronen door de elektroden is daarvoor bepalend. Maar de in de praktijk duurt opladen nog altijd uren.

In hun artikel in Nature geven Kang en Ceder de reden daarvoor, én komen zij met een oplossing. De reden is dat de lithiumionen aan het oppervlak van de elektrode de kanalen niet goed weten te vinden. De oplossing bestaat uit een coating van lithiumfosfaatglas rond de elektroden. De geleidende coating leidt de ionen over het materiaaloppervlak en zo ook langs de kanalen – als een lopende band op het vliegveld waar passagiers bij elke gate van af kunnen stappen. Bij een test wisten de twee fysici zo een kleine batterij op te laden in slechts 9 seconden.

Omdat het materiaal niet afwijkt van de materialen in de huidige oplaadbare batterijen, denken zij dat hun vondst binnen drie jaar zijn weg naar de markt zal vinden. Ook al omdat hun proeven laten zien dat de coating niet snel degradeert bij vaak opladen.

Bij het opladen van grote batterijen voor elektrische auto’s zou het elektriciteitsnet overigens de snelheid weer iets inperken: het kan niet zoveel vermogen leveren ineens. Elektrische auto’s zouden met de nieuwe batterijen wél sneller optrekken, want het omgekeerde van snel opladen is snel vermogen leveren, en dat gaat nu ook.