Baterije iz nanobaterij

Ameriški raziskovalci so odkrili, kako lahko izdelajo baterijo iz več nanobaterij, tako da ima končni skupek boljše lastnosti od trenutno dostopnih baterij, kar se staranja tiče.

Pri baterijah je eden izmed glavnih faktorjev površina elektrod, kjer potekajo reakcije. Nanostrukture so zelo uporabne, ker jih lahko zelo zmanjšamo, kar zaradi matematičnih razlogov pomeni, da imajo večjo površino na eno prostornine. Hkrati imajo visoka transportna števila za ione, kar poveča maksimalni nazivni tok baterije in zmanjša efekte staranja.

Baterije z nanostrukturami so že raziskovali, a so imele težave. V preteklosti so elektrodi vstavili v nanoporo iz aluminijevega oksida ter ju ločili z neprevodnim materialom. Ker je bil ta zelo tanek - navsezadnje je bila cela nanopora zelo majhna - je to terjalo zapleteno oblikovanje vezij in povzročalo težave pri uhajanju naboja. Uporaba tekočih elektrolitov pa prinaša druge težave, predvsem nižjo kapaciteto in pojav neželenih koncentracijskih gradientov, kar povzroča neenakomerne tokove.

Te težave so rešili z uporabo nanobaterij. Te vsebujejo notranji obroč iz vanadijevega oksida (V₂O₅) v notranjosti in rutenij na zunanjem obodu. Elektrodi sta prav tako iz vanadijevega oksida, pri čemer ima anoda intersticijski (med kristalno rešetko neurejeno razporejen) litij, katoda pa je iz čistega V₂O₅. Baterija iz takšnih nanobaterij zadrži 80 mAh/g naboja, kar je zgolj malenkost manj od trenutnih litij-ionskih baterij, a ima bistveno boljše staranje. Po 1000 ciklih polnjenja in praznjenja ohrani 95 odstotkov kapacitete, če jo polnimo s tokom 1 C (to pomeni, da se napolni v eni uri).

Avtorji dodajajo, da so v nanostrukturah velikosti elektrod tako majhne, da razlika med vstavljanjem litijevih ionov v rešetko in površinskimi pojavi na elektrodi izzveni. V limiti ju moramo obravnavati kot en proces.