211service.com
Ilgāk darbināmi elektrisko automašīnu akumulatori
Iepriekš, kas varētu palīdzēt elektriskajiem transportlīdzekļiem darboties ilgāk starp uzlādēm, pētnieki ir parādījuši, ka silīcija nanocaurules elektrodi var uzglabāt 10 reizes vairāk uzlādes nekā parastie grafīta elektrodi, ko izmanto litija jonu akumulatoros.
Silīcija uzglabāšana: Šis silīcija nanocauruļu kūļa attēls tika izveidots, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopu.
Pētnieki Stenfordas Universitātē un Hanjanas Universitātē Ansānā, Korejā, izstrādā nanocaurules elektrodus sadarbībā ar Lg chem , Korejas uzņēmums, kas ražo litija jonu akumulatorus, tostarp tos, kas tiek izmantoti Chevy Volt . Kad šāds akumulators ir uzlādēts, litija joni pārvietojas no katoda uz anodu. Jaunie akumulatora elektrodi, kas aprakstīti tiešsaistē žurnālā Nano burti , ir anodi un var uzglabāt daudz vairāk enerģijas nekā parastie grafīta elektrodi, jo tie absorbē daudz vairāk litija, kad akumulators ir uzlādēts.
Hibrīda automašīnā akumulators darbojas tikai 30 minūtes, izmantojot pašreizējās tehnoloģijas, saka Džefils Čo , Enerģijas inženierijas profesors Ulsanas Nacionālajā zinātnes un tehnoloģiju institūtā Korejā, kurš vadīja nanocauruļu anodu izpēti. Ja jauno silīcija anodu var saskaņot ar katodu ar salīdzināmu atmiņas ietilpību, iegūtajam akumulatoram vajadzētu spēt darbināt automašīnu trīs līdz četras stundas bez uzlādēšanas, saka Cho.
Silīcija anodiem ir lielāka enerģijas uzglabāšanas jauda nekā parastajam grafītam, jo materiāls var uzņemt 10 reizes vairāk litija pēc svara nekā grafīta ogleklis. Faktiski silīcijs aizņem tik daudz litija, palielinot tilpumu pat četras reizes, ka tas var būt trūkums. Trauslā materiāla mehāniskā slodze ir tik liela, ka silīcija anodi mēdz saplaisāt pēc tam, kad tie ir uzlādēti un izlādēti tikai dažas reizes. Tātad pētnieki, tostarp Čo un Stenforda materiālu zinātnieks Yi Cui , ir izstrādājuši nanostrukturētu silīciju, kas izstrādāta, lai labāk izturētu šos spriegumus. Viņi ir izgatavojuši silīcija nanovadu anodus un nanoporainus silīcija anodus. Tagad viņi ir sadarbojušies, lai izstrādātu silīcija nanocauruļu anodus, kuru uzglabāšanas jauda ir labāka nekā citiem nanostrukturētiem silīcija materiāliem, saka Cho.
Silīcija nanocaurules anods izskatās kā dobu salmiņu ķekars. Lai gan silīcija nanovadi var mijiedarboties ar litiju tikai uz to virsmas, nanocaurulēm iekšpusē ir vairāk atklātas virsmas. Nanocaurulei ir liels virsmas laukums - daudz vairāk vietas reakcijas vietām nekā cita veida materiāliem, saka Cho. Forma arī palīdz mazināt mehānisko slodzi, kad akumulators tiek uzlādēts un izlādējies, jo ir papildu vieta silīcijam, lai tas varētu izplesties un sarauties.
Silīcija nanocaurules tiek izgatavotas, atkārtoti iegremdējot alumīnija veidni silīcija šķīdumā un pēc tam karsējot un kodinot struktūru skābē, lai noņemtu alumīniju. Tas ir ļoti vienkārši, un veidne ir komerciāli pieejama, saka Cho. Kopā ar LG Chem Cho sadarbojas ar veidņu ražotāju, lai izveidotu veidni, kas būtu saderīga ar liela mēroga ražošanu. Viņš uzskata, ka baterijas, kurās ir iekļauti nanocauruļu elektrodi, varētu nonākt tirgū pēc trim gadiem.
Ir pāragri noteikt, vai silīcija anodi palielinātu litija bateriju izmaksas. Tomēr, pat ja izmaksas ir lielākas, jo jūs varat iegūt lielu jaudu [ar silīciju], būs priekšrocība, saka Arumugams Mantirams , inženierzinātņu un enerģētikas studiju profesors Teksasas Universitātē Ostinā.
LG Chem nav vienīgais akumulatoru uzņēmums, kas strādā ar silīcija anodiem; 3M un Sanyo arī izstrādā tehnoloģiju. Tomēr, pirms šie elektrodi tiks iebūvēti transportlīdzekļa akumulatoru komplektos, joprojām ir jāsaskaras ar lielu izaicinājumu Stenlijs Vitingems , materiālu zinātnes un ķīmijas profesors Ņujorkas štata universitātē Binghemtonā. Viena no problēmām ar silīciju ir visas ieguldītās enerģijas atgūšana — īpašība, ko sauc par kulonisko efektivitāti. Laika gaitā arvien mazāk enerģijas, kas tika ievietota, izlādēsies no akumulatora, izmantojot silīcija anodu. Cui un Cho ir nodemonstrējuši savu anodu veiktspēju pēc 200 uzlādēm. Bet pirms anoda izmantošanas transportlīdzeklī, Vitingema saka, tā kuloniskā efektivitāte ir jāpierāda simtiem vai tūkstošiem uzlādes gadījumu, un šāda ilgtermiņa veiktspēja vēl nav pierādīta ar silīciju.
Vēl viens izaicinājums ir tas, ka šie augstas veiktspējas anodi pašlaik ir jāsavieno pārī ar mazāk zvaigžņu katodiem. Lai pilnībā realizētu silīcija anoda priekšrocības, jums ir nepieciešams katods, kura lādiņu uzglabāšanas jauda ir arī 10 reizes labāka, saka Cui. Lai tos saskaņotu ar darba akumulatoru testēšanai, silīcija anodi pašlaik ir savienoti pārī ar liela apjoma katodiem, kas izgatavoti no tradicionāliem materiāliem. Cui un Cho arī izstrādā jaunus katoda materiālus sadarbībā ar LG Chem.