Onderzoekers ontwikkelen nanodraadaccu's

Wetenschappers van diverse onderzoeksinstituten werken aan oplaadbare micro-accu's die uit nanodraden worden opgebouwd. Een van de groepen ontwikkelde microaccu's met plexiglas en een tweede groep bouwde 's werelds kleinste accu.

De microbatterijen die door de onderzoekers van de Rice-universiteit werden ontwikkeld zouden sneller opladen dan conventionele lithiumion-accu's. De onderzoeksgroep van Pulickel Ajayan ontwikkelde 3d-accu's die met nanodraden van een nikkel-tin-legering worden gebouwd. Anders dan zogeheten thin-film-accu's zijn de nanodraden in een driedimensionale opstelling geplaatst, met plexiglas of een pmma-coating als elektrolyt. Op die manier werd een groter oppervlak dan met thin film-accu's gecreëerd, zodat de capaciteit kon toenemen.

De accu's worden gemaakt met 10 micron lange nanodraden, waarop de op pmma-gebaseerde coating wordt aangebracht. Op die manier werden accu's van 1 vierkante centimeter gebouwd die meer energie konden opslaan dan thin film-accu's. Bovendien bleek de pmma-coating goed bestand tegen het uitzetten en krimpen van de nikkel-tin-nanodraden, ook na 'veel' laad- en ontlaadcycli. Dat zou de levensduur van de 3d-nano-accu's ten goede komen.

Een andere onderzoeksgroep gebruikte eveneens nanodraden om de kleinste accu ter wereld te bouwen. In de Sandia National Laboratories bouwde Jianyu Huang een accu met slechts één enkele nanodraad als anode. De anode werd van een 100nm dikke en 10 micrometer lange tinoxide-nanodraad gemaakt; de kathode werd van een drie millimeter grote lithium-kobaltoxide-elektrode gemaakt. De volgens de onderzoekers kleinste accu ter wereld had een spanning van 3,5V en een geschatte stroom van 1 pico-ampère.

De accu werd in een tem gebouwd, zodat de accu na de bouw direct kon worden bestudeerd. Zo bleek dat de anode tijdens het laden bijna in lengte verdubbelde, terwijl hij in dikte procentueel veel minder toenam. Volgens de onderzoekers moet met die informatie in accuontwerpen rekening worden gehouden om kortsluitingen te voorkomen. Tot dusver werd aangenomen dat de nanodraden alleen in diameter toenamen. Ook andere elektromechanische verschijnselen konden onder de microscoop worden waargenomen, wat van de kleine accu vooral een waardevol testplatform in plaats van een praktisch inzetbare accu maakt.

Reacties (33)

[Chovav]

Bijzonder mooi om te horen over zoveel vooruitgang bij de batterijindustrie..
In de praktijk heb ik de laatste jaren (behalve lithium-polymeer) niet zoveel van teruggezien.

Weet iemand een voorbeeld van het gebruik van een van deze nieuwe soorten batterijen in het dagelijkse leven?

[Verwijderd]

Welke vooruitgang? de laatste jaren zijn er aardig wat wat dit soort vooruitgang op Tweakers geplaatst maar ik heb daar nooit iets van terug gezien in commerciële producten.

[Bafti]

Dat komt omdat er aan de buitenkant weinig aan accu's veranderd. Lithium ion accu's worden tegenwoordig vrijwel uitsluitend in accu's van mobiele apparaten gebruikt. Zolang dit zo blijft (waarschijnlijk door de prijs van de accumaterialen) kan men alleen de capaciteit van de accu verhogen door het oppervlak van kathode en anode te verhogen. Er zijn momenteel veel studies en onderzoeken die zich hier op richten met behulp van zelf replicerende eiwitten die een consequent raster opbouwen of door het gebruik van zeer dunne draden zoals nanodraden. Het probleem is echter de realisatie van een stabiele en snelle productie. Dit maakt deze nieuwe technologieën zeer duur en ongeschikt voor de massa.

Hoogstwaarschijnlijk zal er snel een nieuwe generatie accu's volgen maar ook hier gaan lange testprocedures aan vooraf.

[Rigs]

volgens mij staat het onderzoek nog redelijk in de kinderschoenen en nog niet gebruikt in het dagelijkse leven ...

[Japperrrr]

Tussen een ontwikkeling als deze en het op de markt brengen van een product zit doorgaans ontzettend veel tijd. Er moet gedacht worden aan onder andere veiligheid, duurzaamheid en milieuvriendelijkheid. Als alles dan klaar is zal een nieuw type batterij door verschillende onafhankelijke instanties moeten worden getest, waarna het uiteindelijk(na een aantal jaar) op de markt kan en mag komen.

[hexeye]

ze zijn net uitgevonden.

[boner]

IK zie eigenlijk meer in nanodraad condensatoren. DIe laden enorm snel op en op deze manier kun je enorme capaciteiten halen. Lijkt me prettiger voor een auto en andere grootverbruikers. Voor telefoons en zo is deze technologie beter, maar de totale hoeveelheid energie die daar mee is gemoeid is magnituden minder dan voor auto's en huizen.

[martijnj]

Valt nog te bezien. Er wordt in deze richting wel ontwikkeld, maar deze condensatoren blijven qua capaciteit nog onder (na ver ontwikkelen niet veel, misschien de helft) die van de Li-ion batterijen. Wat je noemt, het ziekelijk snel kunnen laden heeft natuurlijk wel grote voordelen.
[offtopic?]
Nanotechnologie (hoewel het al een tijdje bestaat) is nog in een beginfase. Tests moeten nog uitwijzen of mensen bij blootstelling aan de materialen er schade van ondervinden. Er zijn namelijk bepaalde nanodeeltjes van bepaalde grootte die schadelijk zijn voor de mens (vergelijkbaar als fijnstof dat is).
[/offtopic?]

[theblindman]

Weet iemand toevallig hoeveel capaciteitswinst men hiermee heeft (kan) gehaald?
Ik lees er vast weer overheen

[Verwijderd]

Wat ik me afvraag is, waarom gebruiken ze een nikkel-tin-legering, en niet de reeds ontdekte grafeen? Grafeen lijkt me beter instaat om als elektrolyt te dienen dan de
nikkel-tin-legering.

[Verwijderd]

De reden dat dit soort techniek niet in productie wordt genomen is omdat het nog niet genoeg oplevert. Het kopen van de techniek vereist namelijk een investering. In het geval van accu's zal dit een grotere investering zijn. Er is de laatste tijd veel over ontwikkeling van accu's in het nieuws. Als blijkt dat de huidige techniek binnen 4 maanden achterhaald is door een nieuwe dan is de investering voor niets. Daarom denk ik dat productiebedrijven wachten totdat er significante verbetering is van de techniek voordat het in productie wordt genomen.

[Bennie98]

ik zit echt al te wachten op de nieuwe generatie batterijen... bestaande uit nanodraden of virussen...^^
hopelijk komen die er snel en worden ze snel geimplementeerd in mobiele devices.

Zou leuk zijn om enkele uren te kunnen surfen en gamen op je smartphone....
edit: ipv nu het volle half uur of dergelijks

[Reactie gewijzigd door Bennie98 op 23 juli 2024 11:36]

[Prototype666]

de gemiddelde smartphone moet minimaal anderhalfuur wel aan kunnen geloof ik. mijn samsung spica wel in ieder geval, surfen enkele uren en gamen minstens eentje.

[Atmosfeer]

Het zou mooi zijn als je ooit het doel bereikt waarop je een volle dag kan gamen op je smartphone (of andere zware taken). Omdat je meestal aan het eind van de dag wel kans hebt om op te laden. Maar ik vind de accuontwikkelingen maar erg traag gaan vergeleken met de rest.

[Bosmonster]

De batterijen zijn wel rap beter geworden de afgelopen jaren. Het probleem is dat de techniek nog veel sneller is gegaan.

Een telefoontje van een paar jaar geleden kun je met een moderne batterij gemakkelijk een paar weken van stroom voorzien. Maar met de 4" touchscreens, grafische interfaces, wifi, 3G, GPS, etc is het nog een wonder dat een telefoon het vandaag de dag een aantal dagen vol kan houden.

[.oisyn]

De batterijen zijn wel rap beter geworden de afgelopen jaren

Een telefoontje van een paar jaar geleden kun je met een moderne batterij gemakkelijk een paar weken van stroom voorzien.

Not quite. Telefoontjes zijn wel meer gaan doen, maar zijn daarentegen ook een stuk zuiniger geworden. Batterij-technologie is de laatste jaren juist amper verbeterd. Het is al jaren li-ion, en de capaciteit ligt doorgaans rond de 1000 tot 1500mAh. Ik heb in 6 jaar 3 smartphones versleten en ben nu aan de 4e, ze deden allemaal rond de 2 dagen op een volle ladig. Het enige verschil is wel dat ik nu gewoon mijn 3G en WIFI continu aan kan laten staan en instantaan mijn mail ontvang op m'n telefoon. Hoefde ik 6 jaar geleden niet te proberen want dan was ie binnen een dag op. En dat terwijl de gebruikte batterij nagenoeg identiek is.

[Part]

Kijk maar naar het verschil in grote van een 1500mAh accu van 6 jaar geleden en nu.
Het is wel mogelijk om een accu te maken die meer capaciteit en even groot is als een accu van 6 jaar geleden alleen is vraagt van markt om dunnere accu's groter als dan de vraag om meer capaciteit.
Daarom zie je het aantal mAh niet sterk groeien.

[Verwijderd]

Ja, of 2 dagen non-stop kan gamen op je laptop

[Mariuslol]

Even over nano deeltjes. Is het niet gevaarlijk om hiermee te knutselen? Er zijn namelijk veel mesnen die zeggen dat het gevaarlijk is...

[tweakerss]

Er zeggen wel meer mensen wat. Bedoel je soms dat het misschien kankerverwekkend kan zijn?

[Mariuslol]

Nou dat weet ik niet ik hoor gewoon af en toe dat je er erg ziek van kan worden, dus misschien ja...

[boner]

nou dan eet je toch gewoon lekker je Lood accu op..... Is vast een heel stuk minder giftig en schadelijk

[Atmosfeer]

Hij doelt waarschijnlijk op nano carbontubes. Die zijn bijna niet afbreekbaar meer in de natuur en zwerven dus duizenden jaren rond. De verhalen waar hij op doelt gaan waarschijnlijk over dat deze deeltjes dezelfde uitwerkingen hebben op je longen als het inademen van asbest. Tsja of het waar is weet ik niet maar deze verhalen kom ik ook met enige regelmaat tegen.

[Verwijderd]

De nanatubes lijken in eerste instantie inderdaad enigzins op asbest, in de zin dat het stugge lange fibers heeft, hoewel op een veel en veel kleinere schaal. Voorlopig is nog niet zo goed bekend of dat een probleem is. Daar wordt echter wel degelijk onderzoek naar gedaan.

[supersnathan94]

En die mensen bij HTC maar zeggen dat de capaciteit van accu's niet meer heel erg zal toenemen. Dit is het tweede bericht in nog geen maand tijd die het tegendeel bewijst.

[paulus83]

Wat HTC heeft gezegd is dat de ontwikkelingen op hardware gebied voorlopig sneller zullen blijven gaan dan de ontwikkelingen op accugebied. D.w.z. dat de accuduur van smartphones de komende paar jaar niet schrikbarend omhoog zal gaan, omdat telefoons gewoon meer gaan kunnen en dus meer gaan gebruiken.
We hebben het hier, en in het vorige bericht, over onderzoeken die nog in de allereerste fase zitten, namenlijk het aantonen dat de techniek in een labaratorium echt kan werken. Tegen de tijd dat dit commercieel te produceren is, zijn we minimaal 5-10 jaar verder. Stel dat we hiermee 10x zoveel capaciteit krijgen uit hetzelfde formaat accu, dan stelt HTC dat we over 5-10 jaar nog steeds 1 a 2 dagen kunnen werken met onze smartphones omdat de hardware tegen die tijd 20x meer kan met gebruik van 10 keer de energie. Ik vind dat geen hele absurde veronderstelling.

[tweakerss]

Al die voorspellingen zijn nergens op gebaseerd, zoiets is niet te voorspellen.

[Fjerpje]

Ontwikkeling gaat altijd door dat heeft namelijk te maken met onze moleculen die zich altijd blijven ontwikkelen. Pas als onze aardkloot of het heelal uit elkaar knapt, dan zal ontwikkeling pas stoppen.

Dus je mag gerust stellen dat wetenschappelijk gezien de ontwikkeling altijd door gaat in welke vorm dan ook.

[HB__]

ik ben zeker benieuwd naar dit item hoe dit zich verder gaat ontwikkelen, puur om het feit dat dit dus een hele nieuwe manier is.

Ik ben benieuwd of deze batterij dan ook nog op dezelfde manier werkt als de batterijen van nu de 9 cels enzo weet iemand dat?

verder is het natuurlijk een zeer interessante ontwikkeling waar veel mensen behoefte aan hebben, op het moment dat je natuurlijk op je netbookje 2 uur kan internetten en nu gewoon het dubbele of iets dergelijks zou wel heel prettig zijn.

[eclipse____]

Er wordt veel uitgevonden en vooral nieuwe technieken ontwikkeld die veel potentiaal hebben. Maar in de tegenwoordige tijd kunnen deze nog niet tippen aan de volledig ontwikkelde, marketingwaardige batterijen van nu.

Stilletjes aan gaan deze nieuwe generatie de oude bijbenen en (men schat) gaan inhalen. Al dit onderzoek heeft echt véél geld gekost, dat moet er grotendeels terug uitkomen. Als fabrikanten van divices kunnen kiezen tussen een batterij dat 10x zoveel kost en maar 1,5x verbeterde eigenschappen heeft, is de conclusie snel gemaakt.

Geduld hebben dus.


@Mariuslol: wat is er gevaarlijk aan tin oxide? Een oxide van tin, met de afmetingen van enkele nanometers. Of dit nu enkele meters lang is of enkele nanometer lang is, maakt niet uit. Je gaat het echter wel sneller kwijt raken.

@supersnathan: Bij HTC ging het over de huidige generatie batterijen, hiermee bedoelen ze dat deze hun maximum min of meer hebben bereikt. Het ziet er ook niet naar uit dat de volgende generatie voor de deur staat als een verkoopbaar alternatief. Daarom zullen smartphones nog een lange tijd "problemen" hebben met de levensduur van de batterijen.

[Reactie gewijzigd door eclipse____ op 23 juli 2024 11:36]