211service.com
Didesnės talpos ličio jonų baterijos
Tyrėjai Prancūzijoje sukūrė ličio jonų akumuliatorių elektrodus, kurių energijos talpa yra kelis kartus didesnė už įprastų elektrodų svorį ir tūrį. Naujieji elektrodai gali padėti sumažinti mobiliųjų telefonų ir nešiojamųjų kompiuterių baterijų dydį arba pailginti įrenginio veikimo laiką. Be to, šiems elektrodams gaminti naudojami nanotechnologijų metodai gali būti paprastas ir nebrangus būdas sukurti naujas medžiagas naujos kartos akumuliatoriams, skirtiems įkraunamiems hibridiniams ir visiškai elektriniams automobiliams.
Maždaug 100 nanometrų skersmens varinių strypų miškas sukuria daug daugiau paviršiaus didelės talpos akumuliatorių elektrodams.
Pagrindinė pažanga yra nebrangaus ir paprasto būdo sutvarkyti mažas daleles į norimą nanostruktūrą sukūrimas, sako Paul Sabatier universiteto chemijos profesorius Patrice'as Simonas, kuris dalyvavo darbe kartu su kitais universiteto ir Picardie Jules universiteto mokslininkais. Vernas.
Įprastame akumuliatoriaus elektrode jonai ir elektronai greitai judės į aktyvią medžiagą ir iš jos, todėl bus galima greitai įkrauti ir išsikrauti, tik tada, jei medžiaga nusėda labai plonoje plėvelėje. Tačiau plonos plėvelės riboja aktyvios medžiagos, kurią galima įtraukti į bateriją, kiekį. Didelės talpos akumuliatorių atveju inžinieriai paprastai padidina aktyviosios medžiagos storį, išparduodant greitą įkrovimą ir didelės galios sprogimus, kad būtų galima kaupti daugiau energijos.
Ši nauja nanostruktūra užtikrina didelę galią ir didelę saugojimo talpą. Aktyvios medžiagos labai plona plėvele dedamos ant varinių nanostypų, pritvirtintų prie varinės folijos lakštų. Ši plona plėvelė leidžia greitai judėti jonams ir elektronams – suteikia galios. Tuo pačiu metu didelis nanorodelių miško paviršiaus plotas leidžia į elektrodą supakuoti daug daugiau aktyvių medžiagų, nei paprastai leidžia plonos plėvelės, taip padidinant energijos talpą. Strypai suteikia 50 kvadratinių centimetrų paviršiaus ploto kiekvienam kvadratiniam elektrodo centimetrui.
Be to, didelis plono sluoksnio jonų ir elektronų mobilumas leidžia panaudoti naują aktyvią medžiagą ir naują cheminę reakciją ličio jonų baterijoms. Ši nauja chemija yra patraukli, nes ji gali sutalpinti daug daugiau ličio jonų ir jų elektronų atitikmenų nei dabar naudojama chemija, todėl galima sukaupti daugiau energijos.
Nauji elektrodai, kurie būtų naudojami kaip neigiami elektrodai ličio jonų baterijose, taip pat parodė gebėjimą išlaikyti didelę talpą po daug kartų įkrovimo ir iškrovimo, o tai rodo, kad elektrodai gali tarnauti ilgą laiką, sako Simonas. Norint patvirtinti šią prielaidą, reikia atlikti išsamesnius tyrimus.
Kadangi šis avansas, aprašytas internete šią savaitę Gamtos medžiagos , kol kas taikomas neigiamiems elektrodams, procentinis talpos padidėjimas, palyginti su šiandieninėmis baterijomis, priklausys ir nuo teigiamo elektrodo talpos. (Žr. Battery Breakthrough, kur rasite vieno galimo teigiamo elektrodo kandidato, kurį cituoja mokslininkai, aprašymą.) Pirmieji šios technologijos pritaikymai greičiausiai bus itin maži akumuliatoriai, sako Simonas. Tai gali būti naudinga nuotoliniams jutikliams arba medicininiams implantams. Tolesniam pritaikymui reikės padidinti elektrodų, kuriuos mokslininkai gali pagaminti, dydį ir optimizuoti jų naudojamą aktyvią medžiagą.
Eksperimentuose naudotos medžiagos nėra efektyvios energijos – apie 20-25 procentų joms įkrauti sunaudotos energijos negalima atgauti jas iškraunant. Šis energijos praradimas nėra didelė problema naudojant mobiliųjų telefonų baterijas, sako Gerbrandas Cederis, MIT medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius. Per visą gyvenimą tikriausiai išleisite kelis centus mobiliojo telefono įkrovimui, sako jis. Tačiau didesnėms energijos reikmėms, pavyzdžiui, elektrinėms transporto priemonėms, šis efektyvumo trūkumas gali kainuoti brangiai, ypač esant aukštoms elektros kainoms. Dėl šios priežasties mokslininkai į savo nanostruktūrinius elektrodus įtraukia skirtingas didelės talpos aktyvias medžiagas, kurios neturi šios energijos vartojimo efektyvumo problemos.
Kreipdamiesi į nanotechnologijas, kad pagerintų baterijas, prancūzų mokslininkai nėra unikalūs. Mažiausiai dvi bendrovės – A123 Systems, Watertown, MA, ir Altair Nano, Reno, NV, pagamino baterijas, kuriose yra elektrodų su nanostruktūrinėmis aktyviosiomis medžiagomis; ir daugybė tyrimų grupių visame pasaulyje kuria tokius elektrodus. Simonas apibūdina savo grupės procesą kaip paprastesnį ir pigesnį nei daugelis kitų nanostruktūrų kūrimo būdų. Jis taip pat yra universalus, gali būti naudojamas su įvairiomis aktyviomis medžiagomis, sako jis.
Tai taip pat gali būti svarbi kitai pagrindinei baterijų tyrimų tendencijai: perėjimas nuo plokščių elektrodų medžiagų sluoksnių prie teigiamų ir neigiamų elektrodų, kurie prasiskverbia tarpusavyje - trimatė architektūra, galinti pagerinti jonų ir elektrodų mobilumą ir taip padidinti akumuliatoriaus energiją. Prancūzų grupė taip pat dabar dirba su trimačiu akumuliatoriumi, sako Simonas, kuris sujungs jų neigiamus elektrodus su didelio našumo teigiamu elektrodu.