211service.com
Ilgiau veikiantys elektromobilių akumuliatoriai
Mokslininkai įrodė, kad silicio nanovamzdelių elektrodai gali išlaikyti 10 kartų daugiau įkrovos nei įprasti grafito elektrodai, naudojami ličio jonų akumuliatoriuose.
Silicio saugykla: Šis silicio nanovamzdelių pluošto vaizdas buvo padarytas naudojant skenuojantį elektroninį mikroskopą.
Stanfordo universiteto ir Hanyang universiteto Ansan mieste (Korėja) mokslininkai kuria nanovamzdelių elektrodus bendradarbiaudami su Lg chem , Korėjos įmonė, gaminanti ličio jonų baterijas, įskaitant naudojamas Chevy Voltas . Kai tokia baterija įkraunama, ličio jonai nuo katodo juda į anodą. Nauji akumuliatoriaus elektrodai, aprašyti internete žurnale Nano raidės , yra anodai ir gali sukaupti daug daugiau energijos nei įprasti grafito elektrodai, nes įkraunami akumuliatoriai sugeria daug daugiau ličio.
Hibridiniame automobilyje baterija veikia tik 30 minučių, naudojant dabartinę technologiją, sakoma Jaephilis Cho , energijos inžinerijos profesorius Ulsano nacionaliniame mokslo ir technologijų institute Korėjoje, vadovavęs nanovamzdelių anodų tyrimams. Jei naujasis silicio anodas gali būti suderintas su katodu, kurio talpa yra panaši, gauta baterija turėtų veikti nuo trijų iki keturių valandų be įkrovimo, sako Cho.
Silicio anodai turi didesnę energijos kaupimo talpą nei įprastas grafitas, nes medžiaga pagal svorį gali užimti 10 kartų daugiau ličio nei grafitinė anglis. Tiesą sakant, silicis sunaudoja tiek ličio – jo tūris padidėja net keturis kartus –, kad tai gali būti trūkumas. Trapios medžiagos mechaninis įtempimas yra toks didelis, kad silicio anodai linkę įtrūkti, kai tik kelis kartus įkraunami ir iškraunami. Taigi mokslininkai, įskaitant Cho ir Stanfordo medžiagų mokslininkus Yi Cui , sukūrė nanostruktūrinį silicį, skirtą geriau atlaikyti šiuos įtempius. Jie pagamino silicio nanolaidinius anodus ir nanoporinius silicio anodus. Dabar jie bendradarbiauja kurdami silicio nanovamzdelių anodus, kurių talpa yra geresnė nei kitų nanostruktūrinių silicio medžiagų, sako Cho.
Silicio nanovamzdelio anodas atrodo kaip tuščiavidurių šiaudelių krūva. Nors silicio nanolaideliai gali sąveikauti su ličiu tik savo paviršiuje, nanovamzdelių viduje yra daugiau atviro paviršiaus. Nanovamzdelis turi didelį paviršiaus plotą - daug daugiau vietos reakcijos vietoms nei kitų tipų medžiagos, sako Cho. Forma taip pat padeda sumažinti mechaninę įtampą, kai akumuliatorius įkraunamas ir išsikrauna, nes yra papildomos vietos siliciui plėstis ir susitraukti.
Silicio nanovamzdeliai gaminami pakartotinai panardinant aliuminio šabloną į silicio tirpalą, po to jį kaitinant ir ėsdinant struktūrą rūgštyje, kad būtų pašalintas aliuminis. Tai labai paprasta, o šabloną galima įsigyti, sako Cho. Kartu su LG Chem Cho bendradarbiauja su šablonų gamintoju, kad sukurtų šabloną, suderinamą su didelio masto gamyba. Jis mano, kad baterijos su nanovamzdelių elektrodais gali būti rinkoje po trejų metų.
Dar per anksti spręsti, ar silicio anodai padidins ličio baterijų kainą. Tačiau net jei kaina yra didesnė, nes galite gauti didelę talpą [su siliciu], tai bus pranašumas, sako Arumugamas Manthiramas , Teksaso universiteto Ostine inžinerijos ir energetikos studijų profesorius.
LG Chem nėra vienintelė baterijų įmonė, dirbanti su silicio anodais; 3M ir Sanyo taip pat kuria technologiją. Vis dėlto, kol šie elektrodai bus įmontuoti į transporto priemonių akumuliatorių paketus, dar laukia didelių iššūkių Stenlis Vitingamas , medžiagų mokslo ir chemijos profesorius Niujorko valstijos universitete Binghamtone. Viena iš problemų, susijusių su siliciu, yra susigrąžinti visą įdėtą energiją – tai savybė, vadinama kuloniniu efektyvumu. Laikui bėgant vis mažiau įdėtos energijos išsikraus iš akumuliatoriaus, naudojant silicio anodą. Cui ir Cho pademonstravo savo anodų veikimą po 200 įkrovimų. Tačiau prieš pradedant anodą naudoti transporto priemonėje, sako Whittingham, jo kuloninis efektyvumas turi būti įrodytas per šimtus ar tūkstančius įkrovimų, o toks ilgalaikis veikimas dar nebuvo įrodytas naudojant silicį.
Kitas iššūkis yra tas, kad šie didelio našumo anodai šiuo metu turi būti suporuoti su mažiau žvaigždžių katodais. Norint visiškai suprasti silicio anodo pranašumus, jums reikia katodo, kurio įkrovos talpa taip pat yra 10 kartų geresnė, sako Cui. Norint juos suderinti su veikiančia baterija bandymams, silicio anodai šiuo metu suporuojami su didelio tūrio katodais, pagamintais iš įprastų medžiagų. Cui ir Cho taip pat kuria naujas katodines medžiagas bendradarbiaudami su LG Chem.