Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Время – деньги: прорыв в разработке аккумуляторных батарей

12.09.2014 Гаджеты

Представьте себе сотовый телефон, что держит заряд бельше семи дней, а после этого заряжается за четверть часа. Фантастика? Но она может стать действительностью благодаря новому изучению ученых Северо-Западного университета (г. Эванстон, штат Иллинойс, США). Команда инженеров создала электрод для литиево-ионных перезаряжаемых батарей (каковые сейчас употребляются в большинстве мобильных телефонов),разрешивший расширить их энергетическую емкость на порядок.

Этим приятные сюрпризы не ограничиваются — новые аккумуляторные устройства могут заряжаться на порядок стремительнее нынешних.

Для преодоления ограничений, налагаемых существующими разработками на скорость заряда и энергетическую ёмкость батареи, ученые применили два разных химико-технологических подхода. Полученный в следствии аккумулятор разрешит не только продолжить время работы небольших электронных устройств (наподобие телефонов и лэптопов), но и подготовить землю для разработки более действенных и компактных батарей для электромобилей.Время – деньги: прорыв в разработке аккумуляторных батарей

«Мы нашли метод продолжить время удержания заряда новой литиево-ионной батареей на порядок», — сказал доктор наук Гарольд Х. Кунг (Harold H. Kung), один из ведущих авторов изучения. – «Кроме того по окончании 150 сеансов зарядки/разрядки, что свидетельствует не меньше года работы, она остается впятеро действеннее, чем литиево-ионные баратеи, присутствующие сейчас на рынке».

Работа литиево-ионной батареи основана на химической реакции, в которой ионы лития движутся между катодом и анодом, размещенными на противоположных финишах батареи. В ходе эксплуатации аккумулятора ионы лития мигрируют от анода через электролит к катоду. При зарядке же их направление сменяется прямо противоположным.

Существующие сейчас аккумуляторная батареи имеют два ответственных ограничения. Их энергетическая емкость – другими словами время удержания заряда батареей – ограничена плотностью заряда, либо тем, сколько ионов лития может разместиться на аноде либо катоде. Одновременно с этим скорость зарядки для того чтобы аккумулятора ограничена скоростью, с которой ионы лития способны двигаться через электролит к аноду.

В этих перезаряжаемых батареях в аноде, созданном из множества графеновых страниц, на каждые шесть атомов углерода (из которых состоит графен) может приходиться только один атом лития. В попытке расширить энергетическую емкость аккумуляторная батарей ученые уже экспериментировали с заменой углерода на кремний, талантливый вместить куда больше лития: по четыре атома лития на любой атом кремния. Но кремний в ходе зарядки быстро расширяется и сжимается, чем приводит к фрагментации вещества анода и, как следствие, стремительную утрату зарядной емкости батареи.

На данный момент малая скорость зарядки батареи разъясняется формой какое количество страниц: если сравнивать с толщиной (составляющей всего один атом) их протяженность выясняется слишком большой. На протяжении зарядки ион лития обязан преодолеть расстояние до внешних краев графеновых страниц, а после этого пройти между ними и остановиться где-то в. Так как с целью достижения середины графенового страницы литию требуется большое время, у краев его отмечается что-то наподобие ионного затора.

Как уже говорилось, исследовательская несколько Кунга решила обе эти неприятности, взяв на вооружение две разные разработки. Во-первых, для обеспечения устойчивости кремния и поддержания большой зарядной емкости батареи, они разместили кластеры кремния между графеновыми страницами. Это разрешило расширить количество ионов лития в электроде, в один момент применяя гибкость графеновых страниц для учета трансформаций количества кремния в ходе зарядки/разрядки батареи.

«Сейчас мы одним выстрелом убиваем обоих зайцев», — говорит Кунг. – «Благодаря кремнию мы приобретаем более высокую плотность энергии, а чередование слоев сокращает утрату мощности, вызванную расширением с сокращением кремния. Кроме того при разрушении кластеров кремния сам кремний больше некуда не убежит».

Помимо этого, исследователи применяли процесс химического окисления для миниатюрных (10-20 нанометров) отверстий в графеновых страницах (in-plane defects), снабжающих ионам лития «стремительный доступ» вовнутрь анода с последующим хранением в нем в следствии реакции с кремнием. Это уменьшило время, нужное для зарядки батареи, на порядок.

До тех пор пока что все усилия по оптимизации работы батарей были направлены на одну из их составляющих – анод. На следующем этапе изучений ученые с той же целью собираются изучить трансформации в катоде. Помимо этого, они желают доработать электролитную совокупность так, дабы батарея имела возможность машинально (и обратимо) выключаться при больших температурах – подобный защитный механизм имел возможность бы понадобиться при применении батарей в электромобилях.

По словам разработчиков, в текущем виде новая разработка обязана выйти на рынок в течение ближайших трех-пяти лет. Статья, посвященная итогам разработки и исследования новых аккумуляторных батарей, была размещена в издании «Advanced Energy Materials».

Источник: www.northwestern.edu

  • аккумулятор
  • зарядка
  • кремний
  • литиево ионная батарея
  • сотовый телефон
  • перезаряжаемая батарея
  • подзарядка
  • электрод

Author: NataKon

Случайные записи:

Магний-графеновый автомобильный аккумулятор


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , , ,