Per què els smartphones poden obtenir una actualització gràcies a aquesta nova bateria Tech

Hi ha més telèfons mòbils al món que gent. Gairebé tots ells estan alimentats per bateries de ions de liti recarregables, que són el component més important que permet la revolució de l'electrònica portàtil de les últimes dècades. Cap d'aquests dispositius seria atractiu per als usuaris si no tenen prou energia per durar almenys diverses hores, sense ser especialment pesat.

Les bateries d'ions de liti també són útils per a aplicacions més grans, com ara vehicles elèctrics i sistemes d'emmagatzematge d'energia de xarxa intel·ligent. I les innovacions dels investigadors en ciències dels materials, que busquen millorar les bateries de ions de liti, estan preparant el camí per obtenir encara més bateries, fins i tot amb un millor rendiment. Ja hi ha una demanda de formació per a bateries de gran capacitat que no es posin a foc ni exploten. I molta gent ha somiat amb bateries més petites i lleugeres que carreguen en qüestió de minuts - o fins i tot segons - i encara emmagatzemen suficient energia per alimentar un dispositiu durant dies.

Investigadors com jo, però, estan pensant encara més aventurer. Els cotxes i els sistemes d’emmagatzematge de xarxes serien encara millors si es podrien descarregar i recarregar desenes de milers de vegades al llarg de molts anys, o fins i tot dècades. Les tripulacions de manteniment i els clients els agradaria les bateries que es podrien controlar i enviar alertes si estaven danyades o no funcionaven amb el màxim rendiment, o fins i tot van poder arreglar-se. I no pot ser massa somiar amb bateries de doble propòsit integrades a l’estructura d’un article, ajudant a configurar la forma d’un telèfon intel·ligent, cotxe o edifici, alhora que alimenta les seves funcions.

Tot el que pot arribar a ser possible a mesura que la meva investigació i els altres científics i enginyers ajudin a controlar i manejar la matèria a l'escala dels àtoms individuals.

Materials emergents

En la seva major part, els avenços en l’emmagatzematge de l’energia es basaran en el desenvolupament continuat de la ciència dels materials, empenyent els límits de rendiment dels materials de bateria existents i desenvolupant estructures i composicions completament noves de bateries.

La indústria de les bateries ja està treballant per reduir el cost de les bateries de ions de liti, inclosa l'eliminació de cares cobalt dels seus elèctrodes positius, anomenats càtodes. Això reduiria també el cost humà d’aquestes bateries, ja que moltes mines al Congo, la principal font mundial de cobalt, utilitzen els nens per fer treballs manuals difícils.

Vegeu també: Aquesta mitja bateria, la meitat de la cèl·lula solar híbrida, podria ser un canviador de jocs total

Els investigadors troben maneres de substituir els materials que contenen cobalt amb càtodes fabricats principalment amb níquel. Finalment, poden ser capaços de reemplaçar el níquel amb manganès. Cadascun d'aquests metalls és més barat, més abundant i més segur que treballar que el seu predecessor. Però vénen amb un compromís perquè tenen propietats químiques que escurcen la vida de les bateries.

Els investigadors també estan estudiant la substitució dels ions de liti que transiten entre els dos elèctrodes amb ions i electròlits que poden ser més barats i potencialment més segurs, com els de sodi, magnesi, zinc o alumini.

El meu grup d'investigació analitza les possibilitats d'utilitzar materials bidimensionals, bàsicament làmines de substàncies extremadament fines amb propietats electròniques útils. El grafè és potser el més conegut d’aquests: un full de carboni amb només un àtom de gruix. Volem veure si l'apilament de capes de diversos materials bidimensionals i, a continuació, la infiltració de la pila amb aigua o altres líquids conductors poden ser components clau de les bateries que es recarreguen molt ràpidament.

Mirant a l'interior de la bateria

No només els nous materials amplien el món de la innovació de bateries: els nous equips i mètodes també permeten als investigadors veure què passa a les bateries amb molta més facilitat del que era possible.

En el passat, els investigadors gestionaven una bateria a través d'un determinat procés de descàrrega de càrrega o un nombre de cicles, i després van treure el material de la bateria i el van examinar després del fet. Només llavors els estudiosos podrien aprendre quins canvis químics havien succeït durant el procés i inferir com funcionava realment la bateria i què afectava el seu rendiment.

Però ara, els investigadors poden veure els materials de la bateria a través del procés d’emmagatzematge d’energia, analitzant fins i tot la seva estructura atòmica i la seva composició en temps real. Podem utilitzar tècniques d’espectroscòpia sofisticades, com ara tècniques de raigs X disponibles amb un tipus d’accelerador de partícules anomenat sincrotró, així com microscopis electrònics i sondes d’exploració, per veure que els ions es mouen i les estructures físiques canvien quan l’energia s’emmagatzema i allibera de materials en una bateria.

Vegeu també: Com pot passar un avanç de la bateria a cotxes elèctrics que cobren en segons

Aquests mètodes permeten als investigadors com jo imaginar noves estructures i materials de bateria, fer-los i veure què tan bé o no funcionen. D'aquesta manera, podrem mantenir la revolució dels materials de la bateria.

Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation de Veronica Augustyn. Llegiu l'article original aquí.