211service.com
Augstākas ietilpības litija jonu akumulatori
Pētnieki Francijā ir izveidojuši litija jonu akumulatoru elektrodus ar vairākkārt lielāku enerģijas ietilpību pēc svara un tilpuma nekā parastajiem elektrodiem. Jaunie elektrodi varētu palīdzēt samazināt mobilo tālruņu un klēpjdatoru akumulatoru izmērus vai arī palielināt ierīces darbības laiku ar uzlādi. Turklāt šo elektrodu izgatavošanai izmantotās nanotehnoloģiju metodes varētu nodrošināt vienkāršu un lētu veidu, kā strukturēt jaunus materiālus nākamās paaudzes akumulatoriem, kas paredzēti spraudņa hibrīda un pilnībā elektriskiem transportlīdzekļiem.
Vara stieņu mežs aptuveni 100 nanometru diametrā rada daudz lielāku virsmas laukumu lieljaudas akumulatoru elektrodiem.
Galvenais sasniegums ir lēta un vienkārša paņēmiena izstrāde, kā sakārtot sīkas daļiņas vēlamā nanostruktūrā, saka Patriss Saimons, Pola Sabatjē universitātes ķīmijas profesors, kurš piedalījās darbā kopā ar citiem pētniekiem universitātē un Université Picardie Jules. Verns.
Parastajā akumulatora elektrodā joni un elektroni ātri pārvietosies aktīvā materiālā un no tā, nodrošinot ātru uzlādi un izlādi, tikai tad, ja materiāls ir nogulsnēts ļoti plānā plēvē. Plānās plēves tomēr ierobežo aktīvā materiāla daudzumu, ko var iekļaut akumulatorā. Lielas ietilpības akumulatoriem inženieri parasti palielina aktīvā materiāla biezumu, tirgojot ātru uzlādi un lieljaudas sprādzienus, lai iegūtu vairāk enerģijas.
Šī jaunā nanostruktūra nodrošina gan lielu jaudu, gan lielu uzglabāšanas jaudu. Aktīvie materiāli tiek uzklāti ļoti plānā plēvē uz vara nanostieņiem, kas noenkuroti uz vara folijas loksnēm. Šī plānā plēve nodrošina ātru jonu un elektronu kustību, nodrošinot jaudu. Tajā pašā laikā nanostieņu meža lielais virsmas laukums ļauj elektrodā iepakot daudz aktīvāku materiālu, nekā parasti pieļauj plānās kārtiņas, tādējādi palielinot enerģijas jaudu. Stieņi nodrošina 50 kvadrātcentimetru virsmas laukuma uz katru elektroda kvadrātcentimetru.
Turklāt plānā slāņa lielā jonu un elektronu mobilitāte ļauj izmantot jaunu aktīvo materiālu un jaunu ķīmisko reakciju litija jonu akumulatoriem. Šī jaunā ķīmija ir pievilcīga, jo tā var uzņemt daudz vairāk litija jonu un to elektronu līdzinieku nekā tagad izmantotā ķīmija, tādējādi potenciāli uzglabājot vairāk enerģijas.
Jaunie elektrodi, kas tiks izmantoti kā negatīvie elektrodi litija jonu akumulatoros, arī parādīja spēju saglabāt savu lielo kapacitāti pēc daudzkārtējas uzlādēšanas un izlādes, kas liecina, ka elektrodiem var būt ilgs kalpošanas laiks, saka Saimons. Lai apstiprinātu šo pieņēmumu, ir nepieciešami plašāki testi.
Tā kā šis avanss, kas aprakstīts tiešsaistē šonedēļ Dabas materiāli , līdz šim attiecas uz negatīvajiem elektrodiem, procentuālais jaudas pieaugums salīdzinājumā ar mūsdienu akumulatoriem būs atkarīgs arī no pozitīvā elektroda kapacitātes. (Skatiet Battery Breakthrough, lai iegūtu aprakstu par vienu iespējamo pozitīvo elektrodu kandidātu, ko minējuši pētnieki.) Pirmie šīs tehnoloģijas pielietojumi, visticamāk, būs ārkārtīgi mazi akumulatori, saka Saimons. Tie varētu būt noderīgi tālvadības sensoriem vai medicīniskiem implantiem. Turpmākajiem lietojumiem būs nepieciešams palielināt elektrodu izmēru, ko pētnieki var izgatavot, kā arī optimizēt izmantoto aktīvo materiālu.
Materiāli, kas izmantoti ziņotajos eksperimentos, nav energoefektīvi – aptuveni 20–25 procentus no to uzlādēšanai izmantotās enerģijas nevar atgūt, tos izlādējot. Šis enerģijas zudums nav liela problēma ar mobilo tālruņu baterijām, saka Gerbrands Seders, MIT materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors. Viņš saka, ka dzīves laikā jūs, iespējams, iztērējat dažus santīmus, lai uzlādētu mobilo tālruni. Taču lielākiem enerģijas lietojumiem, piemēram, elektriskajiem transportlīdzekļiem, šis efektivitātes trūkums varētu būt dārgs, jo īpaši ar augstām elektroenerģijas cenām. Šī iemesla dēļ pētnieki savos nanostrukturētajos elektrodos iekļauj dažādus augstas ietilpības aktīvos materiālus, kuriem nav šīs energoefektivitātes problēmas.
Pievēršoties nanotehnoloģijai, lai uzlabotu baterijas, franču pētnieki nav unikāli. Vismaz divi uzņēmumi, A123 Systems, Votertaunā, MA un Altair Nano, Reno, NV, ir izgatavojuši baterijas, kas ietver elektrodus ar nanostrukturētiem aktīviem materiāliem; un daudzas pētniecības grupas visā pasaulē izstrādā šādus elektrodus. Saimons savas grupas procesu raksturo kā vienkāršāku un lētāku nekā daudzas citas nanostruktūru veidošanas metodes. Viņš saka, ka tas ir arī daudzpusīgs, to var izmantot ar dažādiem aktīviem materiāliem.
Tas varētu būt svarīgi arī citai svarīgai tendencei akumulatoru izpētē: pārejai no plakaniem elektrodu materiālu slāņiem uz pozitīviem un negatīviem elektrodiem, kas savstarpēji iekļūst – trīsdimensiju arhitektūra, kas var uzlabot jonu un elektrodu mobilitāti, tādējādi palielinot akumulatora jaudu. Saimons saka, ka franču grupa arī tagad strādā pie trīsdimensiju akumulatora, kas apvienos savus negatīvos elektrodus ar augstas veiktspējas pozitīvo elektrodu.