211service.com
Nanovamzdeliai sujudina baterijas
Ličio jonų baterija su teigiamu elektrodu, pagamintu iš anglies nanovamzdelių, tiekia 10 kartų daugiau galios nei įprasta baterija ir gali sukaupti penkis kartus daugiau energijos nei įprastas ultrakondensatorius. Nanovamzdelių baterijų technologija, sukurta MIT tyrėjų ir licencijuota neatskleistai akumuliatorių įmonei, gali padėti sukurti baterijas, kurios pagerina sunkiasvores hibridines transporto priemones ir leidžia greičiau įkrauti elektroninius prietaisus, įskaitant išmaniuosius telefonus.
Nano galia: Poros tarp nanovamzdelių šiame perdavimo elektronų mikroskopiniame vaizde gali laikyti ličio jonus didelės galios baterijoje.
Tyrėjai bandė pagaminti ličio jonų baterijų elektrodus iš anglies nanovamzdelių, nes jų didelis paviršiaus plotas ir didelis laidumas žada pagerinti energijos ir galios tankį, palyginti su įprastomis anglies formomis. Tačiau darbas su medžiaga pasirodė sudėtingas – daugeliui anglies nanovamzdelių surinkimo metodų reikalingas rišiklis, kuris sumažina elektrodo laidumą ir dėl to susidaro medžiagos gumulėliai, todėl sumažėja paviršiaus plotas. Tačiau MIT grupės pagaminti elektrodai turi labai didelį paviršiaus plotą, skirtą saugoti ir reaguoti su ličiu. Šis didelis paviršiaus plotas yra labai svarbus tiek didelei elektrodų talpai, tiek jų didelei galiai: kadangi litis yra kaupiamas ant paviršiaus, jis gali greitai judėti į elektrodą ir iš jo, todėl akumuliatorius gali greičiau įkrauti ir iškrauti. .
Raktas į MIT elektrodų veikimą yra surinkimo procesas, kurio metu sukuriamos tankios, tarpusavyje sujungtos, tačiau porėtos anglies nanovamzdelių plėvelės, nereikalaujant jokių užpildų. Grupė, vadovaujama chemijos inžinerijos profesoriaus Paula Hammond ir mechanikos inžinerijos profesorius Yang Shao-Horn , sukurti anglies nanovamzdelių vandens tirpalus, apdorotus taip, kad viena grupė būtų įkrauta teigiamai, o kita – neigiamai. Tada jie pakaitomis panardina substratą, pvz., stiklinį stiklelį, į du tirpalus, o nanovamzdeliai, traukiami skirtingų krūvių, labai stipriai prilimpa vienas prie kito vienodais plonais sluoksniais. Tyrėjai anksčiau įrodė, kad kai šildomas ir pašalinamas iš pagrindo, šios tankios, tačiau porėtos plėvelės gali sukaupti daug krūvio ir greitai jį išleisti – veikdamos kaip ultrakondensatoriaus elektrodas.
Dabar MIT grupė pritaikė šiuos metodus baterijų elektrodams gaminti. Ličio jonų baterijos įkraunamos ir iškraunamos, kai ličio jonai juda nuo vieno elektrodo prie kito, varomi arba varomi išorinės srovės. Kuo daugiau viso ličio gali sukaupti akumuliatoriuje, tuo didesnė jo energijos kaupimo talpa. Kuo greičiau jonai gali judėti iš vieno elektrodo į kitą, tuo didesnė jo galia. Darbe, paskelbtame šią savaitę žurnale Gamtos nanotechnologijos MIT grupė parodė, kad ličio jonai akumuliatoriaus elektrolite reaguoja su deguonies turinčiomis cheminėmis grupėmis plėvelėje esančių anglies nanovamzdelių paviršiuje. Dėl didžiulio paviršiaus ploto ir porėtos nanovamzdelių elektrodų struktūros yra daug vietų, kur jonai gali reaguoti, jie gali greitai patekti ir išeiti, o tai suteikia nanovamzdelių akumuliatoriui didelę energijos talpą ir galią, sako Shao-Hornas.
Šis darbas dar kartą parodė, kad kruopštaus struktūrinės kontrolės nanoskalės metodų kūrimas leidžia žymiai pagerinti medžiagų eksploatacines savybes. Nikolajus Kotovas , Mičigano universiteto chemijos inžinerijos profesorius. Manau, kad tai tik didelio ličio baterijų tobulinimo, naudojant medžiagų inžinerijos metodą, pradžia.
Kitas žingsnis, sako Hammondas, yra paspartinti viską. Naudodama panardinimo metodą, grupė sugeba pagaminti gana storas nanovamzdelių plėveles, tačiau tai užtrunka savaitę. Jei norite pagaminti automobilio akumuliatorių, turite padaryti jį storesnį ir dideliuose plotuose, sako Hammondas. Užuot panardinusi substratą į du nanovamzdelių tirpalus, Hammondo grupė dabar pagamina elektrodus per kelias valandas, pakaitomis purškdama praskiestą dviejų nanovamzdelių tirpalų miglą. Pagrindinis šio purškimo metodo pranašumas yra tai, kad jis suderinamas su didelio ploto spausdinimo procesais, kurie žada greitį ir suderinamumą su įvairiais substratais. Pavyzdžiui, nanovamzdelių baterijos gali būti spausdinamos tiesiai ant integrinių grandynų.