Nanotechniek verkort laadtijd batterijen

Onderzoekers van een Amerikaanse universiteit hebben een nanomateriaal ontwikkeld dat batterijen zou verbeteren. De condensatorachtige techniek moet de laad- en ontlaadtijd verkorten, terwijl de capaciteit van de batterijen gelijk blijft.

Zogeheten supercondensators hebben, vergeleken met normale oplaadbare batterijen, als voordeel dat ze zeer snel opgeladen kunnen worden en hun opgeslagen energie zeer snel kunnen afgeven. De capaciteit is echter veel lager dan die van conventionele oplaadbare batterijen. Een groep onderzoekers van de Paul Braun Research Group van de Illinois-universiteit heeft echter een manier gevonden om eigenschappen van de twee ladingsdragers te combineren; hun kathodes voor batterijen zouden een hoge capaciteit combineren met hoge stromen.

De onderzoekers maakten gebruik van een thin film, die als basis dient voor een driedimensionale structuur met een groot oppervlak. Het materiaal wordt gecoat met nanobolletjes, die vervolgens van een laagje metaal worden voorzien. De bolletjes worden daarna opgelost, wat een poreus oppervlak oplevert dat ten slotte een coating met een dunne laag actief materiaal krijgt. Door het raamwerk van gecoat metaal op te rollen, ontstaan elektrodes met een zeer groot actief oppervlak, waardoor veel lading kan worden vastgehouden. De poriën zorgen voor een goede ionenmobiliteit, wat tot korte laad- en ontlaadtijden leidt.

Het coatingsmateriaal is afhankelijk van het type batterij; voor lithiumion-batterijen en voor NiMH-batterijen werden al coatings ontwikkeld. De techniek kan op die manier voor een breed scala al dan niet toekomstige batterijtypen worden ingezet en zou geschikt zijn om van het lab te worden opgeschaald naar industriële procedés. De elektrodes zouden robuust genoeg zijn om vele laad- en ontlaadcycli te doorstaan. De techniek zou niet alleen in accu's voor consumentenelektronica als laptops en telefoons gebruikt kunnen worden, maar zou zich ook lenen voor accu's voor elektrische voertuigen.

Reacties (67)

[Pyrone89]

Korte ontlaadtijden lijkt me toch juist een slecht iets?

[_trickster_]

dat hoeft lang niet altijd zo te zijn.
bijvoorbeeld voor in externe flitsers voor fototoestellen is het handig als de batterijen een hoge stroom kunnen leveren zodat de Elco's die in een flitser zitten zeer snel geladen kunnen worden zodat er minder lang gewacht hoeft te worden tussen de verschillende flitsen.

[Vuikie]

Of juist dat de hele elco overbodig wordt. De reden van de elco in een flitser is dat de batterij die er in zit niet de hoge piekstroom kan leveren wat een flitser(in of extern) vraagt wat een elco weer wel kan.
Maar een elco kan weer geen hoge lading vasthouden, waardoor de elco na elke flits opgeladen dient te worden.
Deze techniek brengt dus de elco en de conventionele batterij/accu bij elkaar, dus de elco/condensator word dan overbodig in deze toepassing.

tenminste, dat is wat ik uit het artikel begrijp.

[Aham brahmasmi]

Of juist dat de hele elco overbodig wordt. De reden van de elco in een flitser is dat de batterij die er in zit niet de hoge piekstroom kan leveren wat een flitser(in of extern) vraagt wat een elco weer wel kan.

De elco doet meer dan zorgen voor de hoge piekstroom: de spanning verhogen. Flitslampjes werken meestal niet op 6V ofzo maar een hogere spanning van bijv. 30V.

[TD-er]

Flitslampjes werken meestal niet op 6V ofzo maar een hogere spanning van bijv. 30V.

Maak daar maar 10 - 20x zoveel van. 300V - 600V is niet ongewoon in flitsers.

Je kunt die spanning ook wel maken vanaf een lagere spaning met een oscilator en een trafo, maar dan moet je wel een behoorlijke stroom trekken in heel korte tijd.
Ik denk dat die elco dus nog wel even blijft, maar wel veel sneller op te laden is met dergelijke accu-technieken zoals hier beschreven.

[C0R4x]

dat lijkt me een kwestie van t lampje anders ontwerpen. hoe dan ook lijkt t me niet dat zo'n elco in een flitser snel zal worden kunnen vervangen door deze technologie. snel ontladen en t ontladen van een elco, daar zit volgens mij nog wel een order of magnitude tussen.

[Chicken]

Als je in een auto 'gas' geeft moet de batterij snel ze lading afgeven anders heb je te weinig power beschikbaar. Maar ook flitsers in fototoestellen moeten snel opgeladen kunnen worden, daar moet de batterij dus heel snel vermogen leveren.

[bite]

Klopt, als de accu de ampere's niet kan leveren zakt wellicht de spanning waardoor het vermogen dat de accu levert nog verder inzakt. Met LI-PO accu's, die bijvoorbeeld in de modelbouw worden gebruikt, gaat het de goede kant op. In een kwartier volledig opladen en pakweg 40 keer de capaciteit aan stroom leveren is toch al vrij normaal geworden.

De laadstroom lijkt me eerder de beperking vormen want het is mooi dat je zo snel kan laden maar waar kan je dat vermogen vandaan halen?
Ik laad een betrekkelijk kleine 12,5v 2200mah li-po accu met 10 ampere, ~125watt, en dat is gewoon een standaard accu, dus als je dat opschaalt naar wat bijvoorbeeld een personen-auto nodig heeft.

[Reactie gewijzigd door bite op 26 juli 2024 19:50]

[Umbrah]

Niet noodzakelijk. Je kunt de ontlaadtijd verkorten of verlengen afhankelijk van wat je er aan hangt: zeg maar een soort van drukventiel of iets dergelijks wat je ook aan perslucht hangt maar dan voor elektriciteit.

Dit lijkt me een gigantische stap voor elektrische auto's:

• Snel laden/tanken
• Zelfde (misschien icm. andere technieken zelfs hogere) lading (nu zo'n 300km met een Tesla Roadster).
• Theoretisch: snellere ontlading dmv. 'flits' functie of condensator techniek die als soort van elektrische nitro dient
• Nog theoretischer: serie flits-ontladingen zorgen voor constante hyper-charge, combinatie met super-conductie magneten in een motor (vloeibaar helium nodig) > elektrische auto die met raketauto's meeraced op de nevada zoutvlaktes voor snelheidsrecord op land.
• Nog theoretischer: Plasma of Ionen raketten met vermogen om uit de dampkring te treden: http://en.wikipedia.org/wiki/Ion_propulsion & http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_engine & http://en.wikipedia.org/w...ulse_Magnetoplasma_Rocket (goedkope ruimtevaart! Kolonieën op Mars! Sneller/makkelijker experimenteren met bijv. http://en.wikipedia.org/wiki/Alcubierre_drive)

Nouja, elektriciteit kan veel. Problemen zijn echter legio:

• Het opwekken is moeilijk, zoals Fukushima nogmaals demonstreerd in combinatie met de smeltende poolkappen
• Het vervoeren is niet zo moeilijk maar er zitten grenzen aan.
• Het veel opslaan is moeilijk, de dichtheid is een concept waar nog geen "wet van moore" voor is
• Het snel opslaan is moeilijk, zeker gecombineerd met bovenstaand punt.
• Het snel ontladen is moeilijk, zeker gecombineerd met twee punten hier boven.

Makkelijker zou zijn als we het opwekken zo veel mogelijk zouden kunnen beperken of kunnen localiseren, maar zoals huidige Fusie reactoren aantonen is schaalverkleining met opwekken haast automatisch rendement verkleining, grenzen die http://en.wikipedia.org/wiki/Iter en http://en.wikipedia.org/wiki/DEMO hopen op te lossen.

[accountabc]

Ik denk niet dat ionenmotoren voorlopig genoeg kracht zullen hebben om de dampkring uit te komen. De huidige door de Nasa gebruike ionenmotoren leveren namelijk nog niet eens 1 Newton . Eenmaal in de ruimte kunnen ionenmotoren wel goed gebruikt worden vanwege hun hoge efficiëntie.
bron

[Peregrine]

Juist niet. Ik merk het bijvoorbeeld in mijn flitsers, daar wil je juist dat hij snel veel stroom kan leveren = snel kan ontladen.

Je bedoelt warschijnlijk dat een batterij snel zijn lading verliest als deze niet wordt gebruikt?

[WPN]

waarschijnlijk doelt P er op dat hij de link legt met ontlaad tijd dat bij gebruik de batterij zeer snel leeg is en weer opnieuw opgeladen moet worden.

[Bonez0r]

Maar de batterij ontlaadt niet sneller dan het apparaat de energie vraagt. Een mp3 speler zal niet opeens korter met een batterij kunnen. Maar bij een fototoestel zal je wel minder lang hoeven wachten voor het opladen van de flitser omdat die flitser de energie sneller kan ontvangen dan de batterij het kan leveren.

[Xellence]

Lees het artikel en dan weet je dat ze juist twee technieken hebben te weten combineren waardoor het mogelijk is om veel stroom snel uit de accu te trekken zonder dat dit ten koste gaat van de levensduur ten opzichte van conventionele batterijen.

De elektrodes zouden robuust genoeg zijn om vele laad- en ontlaadcycli te doorstaan.

[Verwijderd]

Hangt er vanaf waar je het voor nodig hebt. Als je een snelle stoot energie nodig hebt is een ontlaad tijd van, laten we zeggen, 10 nanoseconden wel wat fijner dan een ontlaad tijd van 10 seconden .

[Spiral]

Als je meer vermogen vraagt, moet dat wel geleverd kunnen worden.
bv. Je trapt op het versnellingspedaal van de auto

[Verwijderd]

Versnellingspedaal?
Ik snap al die termen die in het artikel staan niet maar het lijkt me logisch dat je van een accu mag verwachten dat hij snel kan opladen en ontladen. Als je dit niet begrijpt dan zou ik wachten totdat je aan de middelbare school gaat beginnen en voor het eerst natuurkunde krijgt.

[Spiral]

Je wilt versnellen. Ik had kunnen zeggen gaspedaal, maar goed dan heb je weer iemand die zegt in een electrische auto zit geen gaspedaal.

[accountabc]

Ik gok dat bedoeld wordt dat batterijen een hoger aantal ampères kunnen outputten en dus sneller kunnen ontladen, maar het staat hier inderdaad een beetje raar omschreven. Over het algemeen wil je inderdaad niet dat een accu snel ontlaadt zijn lading verliest

offtopic:
nou goed

[Reactie gewijzigd door accountabc op 26 juli 2024 19:50]

[MrSnowflake]

Je wil niet dat je accu snel zijn lading verliest, maar wel dat hij snel ontlaad. Dat is een verschil.

[Weyland]

Het wordt eens tijd dat de batterij technologie een sprongetje maakt. Een beetje telefoon gaat nu gemiddeld 2-3 dagen mee met wireless, bluetooth en draadloos (3g) internet tegelijk aan. Soms zelfs nog korter zoals m'n HD2.

[Verwijderd]

Mee eens. Maar het is ook onwil. Een smartphone maken en dan een 1200mAh accu meeleveren is gewoon dom. Toch doet een groot deel van de fabrikanten dat. Waarom? kostprijs en gewicht.

Mijn (video)camera komt standaard met een 800mAh accu. Op blz 1 van de handleiding staan al de bestelnummers voor alle accus tot bijna 3800 mAh. Dit zouden ze voor telefoons ook moeten doen.

Ik wil best een telefoon die 4 mm dikker is... scheelt me elke nacht aan lader (batterij gaat 30 uur mee maar ja... elke keer die lader mee is ook zoiets)

[VNA9216]

De batterij technologie maakt enorme sprongen. Alleen met iedere sprong maakt men de mobieltjes kleiner en worden de accu´s weer kleiner. Als ik een moderne accu in het formaat zou hebben dat mn ouder motorola telefoon in (ik denk) 1998-1999 had, dan had mn telefoon maanden op 1 acculading gekund. Het is maar net waar de consument voor kiest. Maar zolang iedereen kleinere en plattere mobieltjes met meer mogelijkheden wil hebben.. tjah...

[Reactie gewijzigd door VNA9216 op 26 juli 2024 19:50]

[themac1983]

dus? de telefoons van tegenwoordig verbruiken ook wel wat meer dan de oude Nokia's waar je alleen op kon snaken

Accutechnologie heeft wel nog hulp nodig zoals dit om de electrishe auto een duwtje in de rug te geven.

[serphilith]

Ja maar het is ook niet de bedoeling dat iets aanstaat als je het niet gebruikt... Ik heb zelf de Desire Z.. met Android gewoon een shortcut maken naar homescreen die wifi/bt/3g aan of uit zet en dan scheelt het alweer.

[Verwijderd]

Je power control widget op je home zetten
Scheelt al iets daarnaast kan je inderdaad je 3g er naast zetten aangezien die er niet bij staat.

[Weyland]

Klopt, mee eens alleen dan heeft u nog nooit een Windows Mobile telefoon gehad die naar eigen zin gewoon diensten, zoals bluetooth en 3g, aanzet. Erg vervelend als je er ineens achter komt dat het al 3 uur aan heeft gestaan en je accu daardoor gehalveerd is.

[serphilith]

Mijn vorige telefoon was een HTC Touch Diamond .. met WiMo 6.5 erop.. beetje tweaken en hij mag niets meer aan of uit zetten. Staat allemaal op Google.. ik raad het aan om op te zoeken. Ook raad ik aan bij je volgende telefoon te gaan voor een android

[wesseln]

Bij mij gaat mijn HTC Desire maximaal een dag mee. Gebruik hem dan wel redelijk intensief. Ik hoop ook dat de techniek verbeterd is als ik over 1,5 jaar een nieuwe uitzoek.

[Mizitras]

Techniek is al verbeterd, maar wie wil nu 1000 euro betalen voor een HTC die ENKEL dan op batterij-gebied uitblinkt? Mensen hebben liever voor 100'den euro's extra toeters en bellen.

[primanocte]

voor de auto van de toekomst? enige nadeel van electro autos is nog de laadtijd.. als dat goed te verkorten is, dan wordt het een (bruikbaar) alternatief :0)

[BRAINLESS01]

Vergeet actieradius niet, dat probleem moet ook nog aangepakt worden.

[VNA9216]

En het feit dat je ook nog zoveel energie moet kunnen trekken uit de thuisaansluiting. Als er straks 10 000-20 000 (not to mention een paar jaar later misschien wel een miljoen) auto's op de weg zijn die 50-100 ampere trekken gedurende de avond als ze thuis komen. Dan hebben we ook een groot probleem voor het NL energienet.

[Bartjezz]

Misschien kan dan op de lader een keuze worden gemaakt:
-Hoge prioriteit, hogere kosten, sneller geladen
-Middel prio, middel kosten, langere laadtijd
-Lage prio, lage kosten maar de auto wordt pas geladen als er genoeg energie voorhanden is. (tussen 3 en 4 snachts ofzo)
Dus als je snel je auto vol wilt hebben, dan betaal je gewoon iets meer.
tegenwoordig kunnen slimme energiemeters op afstand uitgelezen worden, dus dan lijkt het mij een kleine stap om op afstand een lader in/uit te schakelen. (dit wordt trouwens al met de energie en gasmeter gedaan!)

[Verwijderd]

Vergeet actieradius niet, dat probleem moet ook nog aangepakt worden.

Daarvoor is een range extender uiterst effectief. Da's een benzine- of dieselmotor die de batterij weer kan opladen. In de meeste pendelritten heb je die niet nodig, maar als je op reis gaat bijvoorbeeld heb je toch de range van een oude wagen.

Gasturbines zouden ook geschikt zijn voor range extenders omdat ze bij een optimaal toerental een goede verhouding tussen vermogen en verbruik leveren.

[Verwijderd]

actieradius is grotendeels een probleem door de laadtijd natuurlijk. Mijn auto heeft een actieradius van 600 tot 900 km afhankelijk van rijstijl, maar als ik 500 km moet rijden (wat ik nogal eens doe) dan kijk ik niet eerst of ik wel "geladen" ben - als het lampje aan gaat stop ik bij een tankstation en in vijf minuten heb ik weer voldoende actieradius, een vers drankje naar keuze, een lege blaas en afhankelijk van het tijdstip eventueel een bretzel of sandwich. Als een elektrische auto 300 km kan afleggen op één lading van vijf minuten is dat an sich genoeg voor normaal gebruik: als je niet elke 250 tot 300 km een keer stopt ga je ook in zitten kakken dus even stoppen voor wat frisse lucht is sowieso nodig.
Als de laadtijd een half uur is, wordt het een ander verhaal. Dán wordt het belangrijk dat die verplichte stops er niet zijn, ook op langere ritten.

[Rapier]

Het enige nadeel de laadtijd?

Ik zie een nog veel groter nadeel, en dat is de benodigde energie OM te laden.

Een auto heeft zo'n 20~25KW aan vermogen nodig om op de snelweg een vast tempo vast te houden (120KM/H)

Stel dat je een accu pakket hebt dat dat 1 uur vol kan houden (20KWH dus) waarmee je dus 120KM verder komt.

Als je dat wil laden in 15 minuten moet dat pakket geladen worden met 80KW!, dat is 400A op een 230V aansluiting(met wat verliezen). Als je het pakket wil laden in 5 minuten dan heb je al 1200A nodig.
Dan loopt er dus een kabel naar je auto van het type dat normaal een fabriekshal in loopt.
Het voltage kan natuurlijk ook omhoog, maar dat heeft weer andere nadelen, zeker met nat weer, je wil niet in een plas water staan met een 10KV kabel in je handen.

Nederlands grootse energie centrale kan maximaal 820MW leveren, die kan dus niet meer dan 3500 auto tegelijk laden. Die auto's zitten dan wel weer "vol" na 5 minuten, maar zijn ook weer leeg na 60 minuten.

[TimSeve]

Lees ik nou het volgende goed?

''De condensatorachtige techniek moet de laad- en ontlaadtijd verkorten, terwijl de capaciteit gelijk blijft.''

en erna

''De capaciteit is echter veel lager dan die van conventionele oplaadbare batterijen''

Of wordt in die 2 stukjes over een andere techniek gesproken?

[Tazzios]

Er staat "moet" in de eerste tekst. Je zou dus kunnen stellen dat zou 'moeten' maar het niet doet(zie 2e regel).
Maar dit is waarschijnlijk wat vergezocht

[Reactie gewijzigd door Tazzios op 26 juli 2024 19:50]

[themac1983]

ja, de 2e gaat over supercondensatoren

[Verwijderd]

Bestaat al langer deze techniek, klinkt echter leuker dan het lijkt. Omdat het medium extra poreus is zal er veel sneller diffusie plaats vinden van ionen waardoor de levensduur van de batterij in kwestie zeer snel per laad beurt achter uit gaat.

Ook jammer dat in het artikel niets vermeld staat hoe ze het probleem van fase overgangen van het materiaal tegen gegaan zijn als functie van de tijd.

[AugmentoR]

Klopt, veel nieuws over nieuwe accu-technieken de laatste paar jaar, maar het is allemaal nogal experimenteel. Ja, dit is binnen 3-4-5 jaar produktierijp my ass, de basiscapaciteit is de afgelopen 3 jaar maar met hoogut 20% toegenomen voor een li-ion batterij, en dan is de laadtijd nog gelijk gebleven ook...

[Verwijderd]

Als gedurende 30 jaar elke 3 jaar de capaciteit met 20% toeneemt zitten we binnen 30 jaar met batterijen die 6x de huidige capaciteit hebben.

Maar inderdaad, dit gaat over li-ion batterijen, de kans zit er dik in dat binnen 30 jaar we een veel beter alternatief zullen hebben (vraag me echter niet wat)

edit: http://news.cnet.com/A-te.../2100-1041_3-6226196.html

Dus binnen 10 jaar bijvoorbeeld zullen we mogelijk reeds aan factor 10 zitten bij li-ion batterijen.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 26 juli 2024 19:50]

[pe1dnn]

Ik hoop dat hiermee ook weer een betere generatie NiMH accu's ontstaat. De doorsnee 2700 mAH of nog hogere capaciteit accu's zijn echt in een recordtijd leeg in een digitale camera; de veel te ver doorgeschoten capaciteit is volledig ten koste gegaan van de interne weerstand en een veel te hoge zelfontlading; de spanning stort bij belasting zo ver in dat de camera al heel snel denkt dat de accu uitgeput is en uitschakelt. En na 2 maanden laten liggen zijn ze ook bijna leeg.

De 2000 mAH Sanyo Eneloop batterijen gaan verschrikkelijk veel langer mee ondanks een lage capaciteit en houden hun lading wel bij niet gebruiken. Ik hoop dan ook dat deze nieuwe technologie soortgelijke batterijen op gaat leveren maar dan wel voor de prijs van een doorsnee NiMH accu. Dat zou een hele grote sprong voorwaarts zijn.

Nog mooier zou zijn als NiMH de capaciteit van LiIon zou kunnen benaderen zodat er eindelijk laptop accu's kunnen komen die niet na 4 jaar stuk zijn ongeacht of de accu gebruikt wordt of niet.

[VNA9216]

Veel NiMH batterijen beginnen na 4 jaar amper gebruikt te zijn ook te lekken (troep dr uit) of zjin zwaar geoxideerd en dus kan je die dan ook weggooien.

[vespino]

Ik heb liever langere uithoudingsvermogen met 1x opladen.

[Astennu]

Leuk maar ik zou graag meer capaciteit willen zien in het zelfde formaat. Ik denk dat we daar momenteel meer aan hebben. Dit is wel interessant voor specifieke doeleinden.

[Dlocks]

De condensatorachtige techniek moet de laad- en ontlaadtijd verkorten, terwijl de capaciteit van de batterijen gelijk blijft.

Wat ik dan eigenlijk mis in het artikel is met hoeveel tijd dit dan relatief te verkorten is.

Lijkt mij gezien het onderwerp van het artikel redelijk essentiële informatie.

Met termen als 'korter' en 'sneller' kan ik niet veel.

[87Vortex87]

Cool! Vorig jaar kwam er een bericht op tweakers.net over het laten groeien van nanobuisjes op koolstof. Daarop heb ik contact opgenomen met de Amerikaanse professor, met de vraag of het mogelijk was om dit te gebruiken als basis voor batterijen, zodat deze snel worden opgeladen en de capaciteit, middels de nanobuisjes, toch relatief groot kan zijn.

Hij stuurde zelfs een mailtje terug met argumenten waarom het (nog) niet mogelijk is. De volgende argumenten lijken echter nog steeds in de weg te staan voor commerciële toepassing:

1. Nanobuisjes zijn nog te duur om te produceren;
2. Nanobuisjes kunnen nog niet op grote schaal worden geproduceerd;
3. Nanobuisjes zijn natuurvreemd materiaal en dus chemisch afval (het breekt niet af).

We zijn dus weer een stapje verder, maar deze die bezwaren staan nog steeds. Als proof-of-concept is het natuurlijk super.