Efter årtionden av närmast linjär utveckling av batterier kan vi ha nått en tröskel till en ny generation superbatterier. Det meddelar forskare vid University of Illinois som tagit fram mikrobatterier många gånger effektivare än dagens teknik – och kan laddas 1000 gånger snabbare.

När man idag ska tillgodose ström utan anslutning till eluttag till en komponent – varesig det rör sig om en antenn, en dator, en laser eller en Duracelkanin – så finns det två energikällor man huvudsakligen kan använda sig av; batterier, kondensatorer eller kombinationer av de båda. Batterier för med sig fördelen att de kan bära mycket laddning och hålla den under en längre tid, dock till bekostnad av maximal uteffekt till komponenterna och uppladdningstid.

En kondensator kan å andra sidan ge rejäl effekt (många partikelacceleratorer använder sig av jättelika kondensatorer som laddas upp nattetid, för att sedan kunna ge ifrån sig en stor mängd energi under kort tid vid partikelkollisioner), men kan ta lång tid att ladda upp, och håller inte i närheten lika lång tid som ett batteri. Denna balansgång mellan effekt och energikapacitet har varit svår att bryta sig ur och har satt begränsningar för vad man kan få ut ur en bärbar enhet, hur den kan designas och hur länge man kan använda den i ett sträck. Detta, samt den eviga nageln i ögat att behöva lägga lång tid på att ladda en enhet, är vad forskare vid University of Illonois nu kan ha hittat lösningen på med ett helt nytt sätt att bygga litium-jon-batterier.

Snabbladdande elektroder och effektivt ytanvändande

Batteritekniken kallas något så fint som thee-dimensional bicontinuous nanoporous electrodes. Som utgångspunkt hade forskarna, vid namn William P. King och James Pikul, en existerande teknik för snabbladdande anoder. Det vill säga den positivt laddade elektroden av ett batteri som attraherar anjoner, negativt laddade joner. Forskarna fortskred med att konstruera en matchande katod, det vill säga den negativt laddade elektroden som attraherar katjoner, positiva joner.

”High-performance miniature power sources could enable new microelectronic systems. Here we report lithium ion microbatteries having power densities up to 7.4 mW cm−2 μm−1, which equals or exceeds that of the best supercapacitors, and which is 2,000 times higher than that of other microbatteries. Our key insight is that the battery microarchitecture can concurrently optimize ion and electron transport for high-power delivery, realized here as a three-dimensional bicontinuous interdigitated microelectrodes. The battery microarchitecture affords trade-offs between power and energy density that result in a high-performance power source, and which is scalable to larger areas.”
– Sammanfattning av avhandlingen

Ässet i rockärmen, och vad som står för merparten av det imponerande långa namnet på tekniken, är strukturen i vilken anoden och katoden är konstruerade. De är byggda i mikroskopisk skala, och överlappar varandra i ett mönster som gör att de två komponenterna har så stor delad ytarea som möjligt. Som konsekvens finns det en större yta över vilken joner och elektroner kan flöda mellan elektroderna, och flödet kan ske oerhört mycket snabbare än i ett traditionellt batteri. I kombination med de redan snabbladdande elektroderna fick forskarna fram battericeller som kan laddas 1 000 gånger snabbare än traditionella batterier.

Drömmar om en ny generation batteriteknik

1 000 gånger snabbare laddning kan låta som en höftad överdrift, men forskarna uttrycker sig väldigt självsäkert med den siffran. En uppenbar effekt vore exempelvis mobiltelefoner eller datorer som kan laddas på sekunder snarare än minuter eller timmar. Men det är inte bara laddningstiden som tagit ett stort steg framåt med tekniken, med vilken battericeller kan lagra 30 gånger mer energi på samma batterivolym – eller kan krympas 30 gånger med bibehållen effekt.

Om tekniken väl tar sig till massproduktion är det inte svårt att låta fantasin springa iväg med alla möjligheter. Batteriet i en smartphone kan krympas med bibehållen batteritid till en storlek liknande den hos en godtycklig nutida mobil processor, och integreras som en komponent på moderkortet istället för en extern klump. Vänder man på siffrorna kan telefonen med bibehållen tjocklek hålla sig vid liv i över en månad – för att sedan laddas på några sekunder. Lägg till den forskning som pågår med kolstrukturen grafen och dess imponerande egenskaper, så finns plötsligt möjligheten till teknologi som knappt var tänkbar för bara några år sedan.

En särskilt intressant implikation av siffrorna som uppvisas är att batterier på allvar kan knappa in på effekten som erbjuds hos kondensatorer, och i många fall prestera bättre. Vi kan komma att se antenner som når 30 gånger längre än nutida antenner med dagens kondensatorer.

“This is a whole new way to think about batteries. A battery can deliver far more power than anybody ever thought. In recent decades, electronics have gotten small. The thinking parts of computers have gotten small. And the battery has lagged far behind. This is a microtechnology that could change all of that. Now the power source is as high-performance as the rest of it.”
– William P. King, University of Illonois

Arbetet har stöd från The National Science Foundation och Air Force Office of Scientific Research, och tester pågår redan för att implementera tekniken i elektronisk utrustning senare i år. Det går dock ännu inte att säkerställa när eller om vi får se batteritekniken i konsumentprodukter, men då den drar till sig mer uppmärksamhet och attraherar investerare har den en god chans att inom en inte allt för avlägsen framtid ge teknik som vi använder den idag en ordentlig skjuts framåt.

Avhandlingen i vilken resultaten presenteras publicerades i vetenskapstidskriften Nature, och finns tillgänglig här.

27
Leave a Reply

avatar
27 Comment threads
0 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
26 Comment authors
xxxTobbebboTDravondjodåAbbe K Recent comment authors
  Subscribe  
senaste äldsta flest röster
Notifiera vid
Oi
Gäst
Oi

Now we’re talking! Ser fram emot att år 2020 ladda om hela elbilens batteri via någon kontaktplatta i marken under de sekunder då jag väntar vid ett rödljus. 🙂

S0urcerr0R
Medlem
S0urcerr0R

Bättre batterier har man läst om i flera år nu, men det verkar ju som att detta kanske är första gången det kommer hända nått på riktigt! Fett nice! 🙂

Question_Tech
Gäst
Question_Tech

[quote name=”S0urcerr0R”]Bättre batterier har man läst om i flera år nu, men det verkar ju som att detta kanske är första gången det kommer hända nått på riktigt! Fett nice! :-)[/quote]

Kan bara hålla med dig S0urcerr0R . Äntligen händer det något på denna front, man ju milt sagt väntat på något nytt i batteri väg 🙂

Bewise
Medlem
Bewise

Det kallar jag framsteg!

-Tjalve-
Gäst
-Tjalve-

Först och främst, GRYM nyhet av Carl. Även om man, som jag, inte är nått geni, så fattar man ändå hur det hänger ihop.
Angående själva tekniken så låter det ju nästan lite för bra för att vara sant. Precis som någon skrev, så har vi hört om dessa nya batterier undr en längre period nu men vi har fortfarande inte sett den här revolutionerande steget framåt. Jag fortsätter att vara något skeptisk tills det att det faktiskt släpps en telefon med över 3 veckors batteritid (som laddas på några sekunder). DÅ blir jag imponerad 😉

Segen01
Gäst
Segen01

Härligt att höra att det äntligen händer nåt på batterisidan efter så många år av stiltje.

Anton Karmehed
Admin

Detta är ju en av de mest lovande nyheterna jag hört på år faktiskt. Skulle man få till detta, med de framsteg man pratar om är det ju inget annat än en superrevolution. Allting går mot mobilitet idag och egentligen enda anledningen till att det fortfarande är en förhållandevis seg övergång är ju just driftsvårigheterna.
Nä gud vad underbart om man kan få rätt på den här tekniken så att den går att användas i traditionella produkter som smartphones, datorer, bilar och allt vad det nu kan vara!

fagerja
Gäst
fagerja

1000 gånger snabbare laddning är en omöjlighet.
Om nuvarande batteri laddas på 1 timme så skulle laddningstiden vara -999 timmar för det nya.
1h – 1000×1h= -999h.
En laddningstid som är en tusendedel av nuvarande är däremot teoretiskt möjligt för små batterier. För stora (elbils) batterier är det snarast elnätet som begränsar. Redan med nuvarande batteriteknik är det tillgången till ström som avgör laddningstiden (max. 3 fas 400V 25 A). Och utvecklingen går mot batterier med högre kapacitet så det kommer att behövas mera ström för att ladda batteriet på samma tid som nu.

this
Medlem
this

Hoppas verkligen de pumpar in stora summor pengar nu så att det går fort att få ut tekniken på marknaden. Självklart kommer det bli dyrt till en början, men vi kommer att vinna stort på det på lång sikt.

mhallstrom
Gäst
mhallstrom

Troligen för bra för att vara sant. Men om det är sant, så ser jag inget behov av att bygga om elnätet bara för att det vid laddningstillfällen behövs mycket stora strömstyrkor. Det löser man ju i så fall genom att placera den här batteritekniken i båda ändar. Laddningsstationen har ett sånt här stort stationärt batteri som hela tiden laddar med typ 25 A. När sedan laddningssituation uppstår, så ger det ”stationära batteriet” ifrån sig 1000 A till det ”mobila batteriet” som behöver laddas.

Ali Abourghiba
Medlem
Ali Abourghiba

Det var fan på tiden. Det här har jag väntat på sedan intåget av smarta mobiler. Så trist att de inte håller mer än 3-4 dagar maximum innan de behöver laddas, vilket dessvärre tar lite drygt två timmar för att ladda till full kapacitet. Dags för batterierna att hänga med i utvecklingen. Mot framtiden!

triDave
Gäst

Fasiken detta är ju bra nyheter på även andra områden. 30ggr mer uthållighet gör ju att elbilen är ett faktum, jag menar hur ofta kör man mer än 300mil utan att sova?

fagerja, vill inte vara elak men din matte där stämmer inte så värst bra. 1000gr snabbare laddning för en laddning som normalt tar 60min blir en laddtid på 3.6 sekunder.

d95andek
Gäst
d95andek

Är sunt skeptisk.
Första gången jag läste om sådana här snabbladdande batterier var 1991 eller 1992 i Ny Teknik. Men visst vore det bra.

Medlem
Wargreymon

Jag hoppas Intel hoppar på detta. Tänk er om de hoppar in och fixar batterier till nästa ultrabook serie.

Mja
Gäst
Mja

Tyvärr är detta bara i experimentstadiet, dom vet ännu inte hur eller om det är möjligt att skapa ett helt fungerande batteri baserat på deras upptäckter. OM det är möjligt att ta det från experimentstadiet kommer det att ta MÅNGA år innan vi ser det på marknaden.

-Tjalve-
Gäst
-Tjalve-

[quote name=”fagerja”]1000 gånger snabbare laddning är en omöjlighet.
Om nuvarande batteri laddas på 1 timme så skulle laddningstiden vara -999 timmar för det nya.
1h – 1000×1h= -999h.
[/quote]

Hur tänkte du nu?
Om ett batteri tar 1 timme att ladda idag, så skulle det ta 3,6 sekunder om det gick 1000 gånger fortare.
3,6 * 1000 = 3600
(1 * 60) * 60 = 3600

flopper
Medlem
flopper

elbil/elmoped etc..blir realistiska.
speciellt i lite varmare länder 🙂

Marquzz
Medlem
Marquzz

[quote name=”fagerja”]1000 gånger snabbare laddning är en omöjlighet. Om nuvarande batteri laddas på 1 timme så skulle laddningstiden vara -999 timmar för det nya.1h – 1000×1h= -999h. En laddningstid som är en tusendedel av nuvarande är däremot teoretiskt möjligt för små batterier. För stora (elbils) batterier är det snarast elnätet som begränsar. Redan med nuvarande batteriteknik är det tillgången till ström som avgör laddningstiden (max. 3 fas 400V 25 A). Och utvecklingen går mot batterier med högre kapacitet så det kommer att behövas mera ström för att ladda batteriet på samma tid som nu.[/quote] Pråket är fårt.1000 ggr snabbare men… Läs hela »

Sebbe
Medlem
Sebbe

[quote name=”mhallstrom”]Troligen för bra för att vara sant. Men om det är sant, så ser jag inget behov av att bygga om elnätet bara för att det vid laddningstillfällen behövs mycket stora strömstyrkor. Det löser man ju i så fall genom att placera den här batteritekniken i båda ändar. Laddningsstationen har ett sånt här stort stationärt batteri som hela tiden laddar med typ 25 A. När sedan laddningssituation uppstår, så ger det ”stationära batteriet” ifrån sig 1000 A till det ”mobila batteriet” som behöver laddas.[/quote] Är det inte så en UPS-enhet fungerar som konstant laddar/underhåller batterierna, och sedan ger 230-240… Läs hela »

Kingsthrone
Medlem
Kingsthrone

Man kan konstatera att det forskas en hel del på batteritekniker i hela världen just nu. Många har insett, särskilt med Tesla Motors intåg på elbilsmarknaden, att det kommer finnas mycket pengar i branschen för den som lyckas. Det handlar om många faktorer som spelar in hur effektivt ett batteri kan bli, och även om helt andra tekniker. Jag skulle vara förvånad om vi inte ser ett revolutionerande lagringssystem för elektricitet (batteri- eller kondensatorteknik) före 2020.

Daniel Lundqvist
Medlem
Daniel Lundqvist

[quote name=”fagerja”]1000 gånger snabbare laddning är en omöjlighet. Om nuvarande batteri laddas på 1 timme så skulle laddningstiden vara -999 timmar för det nya.1h – 1000×1h= -999h. En laddningstid som är en tusendedel av nuvarande är däremot teoretiskt möjligt för små batterier. För stora (elbils) batterier är det snarast elnätet som begränsar. Redan med nuvarande batteriteknik är det tillgången till ström som avgör laddningstiden (max. 3 fas 400V 25 A). Och utvecklingen går mot batterier med högre kapacitet så det kommer att behövas mera ström för att ladda batteriet på samma tid som nu.[/quote] Du skojar eller hur? För jag… Läs hela »

MYB
Medlem
MYB

Om detta skulle kunna stämma finns det ju otroligt mycket man skulle kunna göra med batterier som laddas så snabbt.

Varför stanna på Jorden med sådan teknik kan vi ha fullt fungerande Rymdkollonier allt som behövs är bra solpalener, Månen Mars och längre.

Men son vissa redan sagt vi har hört liknande saker tidigare har aldrig hänt nåt.

Abbe K
Medlem
Abbe K

[quote name=”MYB”]Om detta skulle kunna stämma finns det ju otroligt mycket man skulle kunna göra med batterier som laddas så snabbt. Varför stanna på Jorden med sådan teknik kan vi ha fullt fungerande Rymdkollonier allt som behövs är bra solpalener, Månen Mars och längre. Men son vissa redan sagt vi har hört liknande saker tidigare har aldrig hänt nåt.[/quote] Tror inte det är batteritekniken som hindrar oss från att ha en koloni på månen. Att det går så snabbt att ladda upp batteriet innebär ju inte att den behöver mindre ström. Det här ligger precis rätt i tiden. Elbilar är… Läs hela »

jodå
Gäst
jodå

[quote name=”fagerja”]1000 gånger snabbare laddning är en omöjlighet.
Om nuvarande batteri laddas på 1 timme så skulle laddningstiden vara -999 timmar för det nya.
1h – 1000×1h= -999h. [/quote]

lol

Dravond
Medlem
Dravond

Är ju tyvärr några små problem om man läser lite i den där rapporten… hållbarheten är extremt dålig och storleken på vad de testat och tillverkat är enbart mycket små batterier 0.003 mm^3 …. För den som vill veta mer men inte orkar läsa en veteskaplig rapport rekommenderar jag http://arstechnica.com/science/2013/04/this-new-microbattery-is-interesting-but-not-as-good-as-the-hype/ Men jag vill gärna att *någon* av de fantastiska batteri teknikerna ska ge frukt någon gång… Även om det har skett en viss ökning av kapacitet genom åren men dock har även apparaterna man vill ha blivit mindre och ofta strömtörstigare för att kunna få hög prestanda… Men som vanligt… Läs hela »

TobbebboT
Gäst
TobbebboT

[quote name=”Oi”]Now we’re talking! Ser fram emot att år 2020 ladda om hela elbilens batteri via någon kontaktplatta i marken under de sekunder då jag väntar vid ett rödljus. :-)[/quote]

Varför begränsa sig så? Integrerade solcellspaneler!

xxx
Gäst
xxx

ja ..redan för mer än 5 år sedan,så började jag tänka på dehär med att det skulle varit en höjdare om nåt? Om det skulle kunna gå att framställa så små och lätta batterier som möjligt,men med så stor uteffekt som möjligt,för att då även kunna använda sig av till även större motorer,såsom i t.ex.bilar,båtar och liknande,men också med en så kort laddningstid som möjligt! Så de låter ju som att forskningen nu är påväg att kanske kunna framställa nåt i även den vägen tillslut? Så de blir ju intressant att nu se följetången av den fortsatta teknikforskningen och vad… Läs hela »