Lielisks līdzeklis pret plaisām pakļautiem lielas ietilpības akumulatoriem

Ja elektriskajām automašīnām kādreiz būs jānobrauc simtiem jūdžu starp uzlādēm, jo ​​tām ir jākonkurē ar gāzi darbināmām automašīnām, to akumulatoriem būs jāuzglabā daudz vairāk enerģijas. Diemžēl vairāki no daudzsološākajiem lielas ietilpības akumulatoru materiāliem var salūzt tā, ka tas saīsinātu braucienu ar elektrību.

Ārstnieciskās spējas: Plaisas, kas veidojas pašatjaunojošā akumulatora elektrodā pēc tā uzlādes (augšpusē), pēc piecām stundām (apakšā) sāk noblīvēt. Elektrods, silīcija mikrodaļiņu un pašdziedinoša polimēra maisījums, tika attēlots, izmantojot skenējošu elektronu mikroskopu.

Tagad Stenfordas universitātes pētnieki ir parādījuši, ka viena tik daudzsološa akumulatora materiāla, silīcija mikrodaļiņu, sajaukšana ar pašatjaunojošiem polimēriem palīdz novērst ilgāka akumulatora darbības traucējumus. Viņi saka, ka pašizdziedinošie polimēri varētu stabilizēt citus daudzsološus, bet bojātus akumulatoru materiālus.

Pašdziedējošā akumulatora negatīvais elektrods jeb anods apvieno silīciju ar polimēriem, kas darbojas kā ķīmiski rāvējslēdzēji, dziedinot plaisas, kas veidojas, kad akumulators tiek lietots un uzlādēts.

Pašārstējošais akumulatora elektrods līdz šim ir pārbaudīts ar tīru litija metālu kā pozitīvo elektrodu, jo tā uzglabāšanas jauda ir daudz lielāka nekā jebkuram parastajam katodam. Paša pašatveseļošanās elektrodam ir astoņas reizes lielāka uzglabāšanas jauda nekā parastajā uzlādējamā litija jonu akumulatorā esošajiem oglekļa anodiem. Ja to savienotu pārī ar parasto katodu, tas radītu akumulatoru, kas uzglabā par aptuveni 40 procentiem vairāk enerģijas. Ja savienotu pārī ar attiecīgi lielas ietilpības katodu, kopējā enerģijas uzkrāšana tiktu dubultota vai trīskāršota.

Lai gan iepriekšējās silīcija baterijas varēja izlādēt un uzlādēt tikai 10 reizes, pirms tās sabojājas, pašatjaunojošais akumulators iztur 100 uzlādes ciklus. Bet ar to joprojām nepietiek, atzīst Stenfordas materiālu zinātnieks Yi Cui . Mums ir jāiet uz 500 cikliem pārnēsājamai elektronikai un dažiem tūkstošiem elektrisko transportlīdzekļu, saka Cui.

Tomēr Cui pieeja var nodrošināt jaunu ceļu uz priekšu daudzsološiem materiāliem, kas ir apstājušies. Tas norāda uz veidu, kā atrisināt vispārēju problēmu ar augstu - jaudas anodi, saka Pols Brauns , materiālu zinātnieks Ilinoisas Universitātē Urbana-Champaign, kurš nav iesaistīts darbā.

Silīcija anodi uzņem lielu daudzumu litija, kad akumulators tiek uzlādēts, un atbrīvo visu litiju, kad akumulators tiek izmantots. Šādi anodi var uzglabāt daudz enerģijas nelielā telpā, taču to lielā ietilpība ir saistīta ar materiāliem, no kuriem tie ir izgatavoti: lielam litija daudzumam nonākot akumulatorā un izejot no tā, silīcijs izplešas un saraujas, anodu plaisāšana pirmajā lietošanas reizē; tas pats notiek ar anodiem, kas izgatavoti no alvas un germānija.

Pašatdziedinošajam akumulatoram Cui sadarbojās ar citu Stenfordas pētnieku, Ženans Bao , kurš iepriekš bija izstrādājis pašdziedinošu elektronisku ādu, kuras pamatā ir elastīgs, lipīgs polimērs (skatiet Electric Skin that Rivals the Real Thing).

Strāvas bloks: Šajā litija jonu akumulatora elementa prototipā tiek izmantots pašatjaunojošs silīcija elektrods.

Kad polimērs saplīst, tas atkal saplūst kopā. Grupa sajauca dažas vadošas oglekļa daļiņas, lai nodrošinātu, ka polimērs, kas nav vadošs, netraucē elektrības plūsmu caur akumulatoru. Pēc tam šo lipīgo maisījumu apvienoja ar silīcija mikrodaļiņām, lai izveidotu anodu. Kad akumulators ir uzlādēts un izlādējies, silīcijs joprojām izplešas, saraujas un saplīst, bet polimērs visu atkal savelk kopā. Parasti, tiklīdz anods saplaisā, tiek zaudēts elektriskais kontakts, saka Cui. Pašārstējošais polimērs sasaista salauztās daļas atpakaļ.

Ir arī citi veidi, kā cīnīties ar silīcija tendenci plaisāt. Cui grupa ir eksperimentējusi ar nanostrukturētām silīcija formām, tostarp nanovadiem, kas var izturēt uzlādes un uzlādes slodzi. Šādus nanostrukturētus silīcija anodus izstrādā uzņēmums Vairāk , Saniveilas, Kalifornijas uzņēmums, kuru Cui līdzdibināja. Tomēr pētnieki un uzņēmumi joprojām mācās par šiem nanomateriāliem. Ir viegli iegūt rokās nelielu nanostrukturēta silīcija flakonu, bet 50 vai 60 tonnas izgatavot par saprātīgu cenu ir liela problēma, kas nav atrisināta, saka Brauns.

Cui saka, ka mikrodaļiņu kombinācija ar dziedinošo polimēru varētu būt lētāka un praktiskāka lielas ietilpības akumulatoriem nekā pieejas, kurām nepieciešami dārgi nanomateriāli. Pašdziedinošo bateriju demonstrācijā izmantotās silīcija mikrodaļiņas no plaukta var iegādāties lielos daudzumos, un tās nav īpaši dārgas.

Nensija Sotto , materiālu zinātnieks Ilinoisas Universitātē Urbana-Champaign, ir izstrādājis vēl vienu pieeju: Sottos sajauc ārstniecisko materiālu kapsulas ar akumulatora materiāliem. Viens no šādiem materiāliem ir burbulis, kas plīst, atbrīvojot vadošu metālu, lai izārstētu elektriskos savienojumus bojātā akumulatorā. Viņas grupa ir veikusi agrīnas koncepcijas pierādījumu demonstrācijas, izmantojot šo metodi.

Juegangs Džans , bateriju pētnieks Lorensa Bērklija Nacionālajā laboratorijā, saka, ka Stenfordas pašdziedinošā saistviela ir daudzsološa cita veida lielas ietilpības akumulatoru materiāliem, piemēram, alvai. Džans savā darbā ir izmantojis atšķirīgu pieeju, sajaucot alvas nanostruktūras ar elastīgu, spēcīgu, vadošu grafēnu, lai noturētu anodus kopā. Ņemot vērā nelielo reižu skaitu, kad Cui silīcija baterijas var uzlādēt, viņš saka, ka silīcijam joprojām ir problēmas, taču man patīk šī ideja.

Tagad, kad viņi ir veikuši pirmo demonstrāciju, Cui un Bao strādā pie labojumiem, kas ļautu viņu pašdziedinošajam silīcija akumulatoram iziet vairāk uzlādes ciklu. Mēs tikai sākam, saka Cui.

paslēpties