РЕКЛАМА

Использование нанопроводов для производства более безопасных и мощных аккумуляторов

ИНЖЕНЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯИспользование нанопроводов для производства более безопасных и мощных аккумуляторов

Исследование открыло способ сделать батареи, которые мы используем каждый день, более устойчивыми, мощными и безопасными.

На дворе 2018 год, и наша повседневная жизнь теперь подпитывается различными гаджетами, которые работают либо от электричества, либо от батареек. Наша зависимость от гаджетов и устройств с батарейным питанием феноменально растет. А аккумулятор это устройство, которое хранит химическую энергию, которая преобразуется в электричество. Батареи похожи на мини-химические реакторы, в которых происходит реакция, производящая электроны, полные энергии, которые проходят через внешнее устройство. Будь то сотовые телефоны, ноутбуки или другие даже электромобили, батареи - как правило, литий-ионные - являются основным источником энергии для этих технологий. , существует постоянная потребность в более компактных, емких и безопасных аккумуляторных батареях.

Аккумуляторы имеют долгую и славную историю. Американский ученый Бенджамин Франклин впервые использовал термин «батарея» в 1749 году, проводя эксперименты с электричеством с использованием набора связанных конденсаторов. Итальянский физик Алессандро Вольта изобрел первую батарею в 1800 году, сложив диски из меди (Cu) и цинка (Zn), разделенных тканью, смоченной в соленой воде. Свинцово-кислотная батарея, одна из самых долговечных и старейших аккумуляторных батарей, была изобретена в 1859 году и до сих пор используется во многих устройствах, включая двигатели внутреннего сгорания в транспортных средствах.

Батареи прошли долгий путь, и сегодня они бывают разных размеров от больших мегаваттных размеров, поэтому теоретически они могут накапливать энергию от солнечных ферм и освещать мини-города, или они могут быть такими же маленькими, как те, что используются в электронных часах. дивно, не правда ли. В так называемой первичной батарее реакция, которая вызывает поток электронов, необратима, и в конечном итоге, когда один из ее реагентов израсходован, батарея разряжается или умирает. Самая распространенная первичная батарея - это угольно-цинковая батарея. Эти первичные батареи были большой проблемой, и единственный способ решить проблему утилизации таких батарей - найти способ их повторного использования, то есть сделать их перезаряжаемыми. Было очевидно, что замена батарей на новые нецелесообразна, поэтому по мере того, как батарей становилось больше мощный и больших стало почти невозможно, не говоря уже о том, что их замена и утилизация обходятся дорого.

Никель-кадмиевые батареи (NiCd) были первыми популярными перезаряжаемыми батареями, в которых в качестве электролита использовалась щелочь. В 1989 году были разработаны никель-металл-водородные батареи (NiMH), которые имели более длительный срок службы, чем никель-кадмиевые батареи, однако у них были некоторые недостатки, в основном они были очень чувствительны к перезарядке и перегреву, особенно когда их заряжали, скажем, на максимальной скорости. приходилось заряжать медленно и осторожно, чтобы избежать повреждений, и требовалось больше времени для зарядки с помощью более простых зарядных устройств.

Литий-ионные батареи (LIB), изобретенные в 1980 году, сегодня являются наиболее часто используемыми батареями в бытовых электронных устройствах. Литий - один из самых легких элементов, обладающий одним из самых высоких электрохимических потенциалов, поэтому эта комбинация идеально подходит для изготовления батарей. В LIB ионы лития перемещаются между разными электродами через электролит, состоящий из соли и органических растворителей (в большинстве традиционных LIB). Теоретически металлический литий является наиболее электрически положительным металлом, обладающим очень высокой емкостью и лучшим выбором для батарей. Когда LIB недостаточно заряжаются, положительно заряженный ион лития становится металлическим литием. Таким образом, LIB являются наиболее популярными перезаряжаемыми батареями для использования во всех типах портативных устройств из-за их длительного срока службы и большой емкости. Однако одна из основных проблем заключается в том, что электролит может легко испаряться, вызывая короткое замыкание в батарее, что может стать причиной пожара. На практике LIB действительно нестабильны и неэффективны, поскольку со временем расположение лития становится неоднородным. LIB также имеют низкие скорости заряда и разряда, а соображения безопасности делают их нежизнеспособными для многих машин большой мощности и большой мощности, например электрических и гибридных электромобилей. Сообщается, что LIB в очень редких случаях демонстрирует хорошие показатели емкости и удержания.

Таким образом, не все идеально в мире аккумуляторов, поскольку в последние годы многие аккумуляторы были отмечены как небезопасные, поскольку они воспламеняются, ненадежны и иногда неэффективны. Ученые всего мира стремятся создать батареи, которые будут небольшими, надежно перезаряжаемыми, более легкими, эластичными и в то же время более мощными. Поэтому в качестве потенциальной альтернативы акцент сместился на твердотельные электролиты. Ученые опробовали множество вариантов, но стабильность и масштабируемость были препятствием для большинства исследований. Полимерные электролиты продемонстрировали большой потенциал, потому что они не только стабильны, но также гибки и недороги. К сожалению, основной проблемой таких полимерных электролитов является их плохая проводимость и механические свойства.

В недавнем исследовании, опубликованном в ACS Nano Letters, исследователи показали, что безопасность батареи и многие другие свойства можно повысить, добавив к ней нанопроволоки, что сделает батарею лучше. Эта группа исследователей из Колледжа материаловедения и инженерии Чжэцзянского технологического университета, Китай, опиралась на свои предыдущие исследования, в которых они создали нанопроволоки из бората магния, которые показали хорошие механические свойства и проводимость. В текущем исследовании они проверили, будет ли это справедливо и для аккумуляторов, когда такие нанопроволоки добавляются в твердотельный полимерный электролит. Твердотельный электролит смешивали с нанопроводами бората магния 5, 10, 15 и 20 масс. Было видно, что нанопроволоки увеличивают проводимость твердотельного полимерного электролита, что делает батареи более прочными и эластичными по сравнению с ранее использовавшимися без нанопроволок. Это увеличение проводимости было связано с увеличением количества ионов, проходящих и движущихся через электролит, и с гораздо большей скоростью. Вся установка была похожа на батарею, но с добавленными нанопроводами. Это показало более высокую производительность и увеличенное количество циклов по сравнению с обычными батареями. Также был проведен важный тест на воспламеняемость, и было замечено, что аккумулятор не горит. Широко используемые в настоящее время портативные приложения, такие как мобильные телефоны и ноутбуки, необходимо модернизировать с использованием максимальной и наиболее компактной накопленной энергии. Это, очевидно, увеличивает риск сильной разрядки, и это приемлемо для таких устройств из-за небольшого формата необходимых батарей. Но по мере того, как батареи разрабатываются и испытываются на практике, безопасность, долговечность и мощность приобретают первостепенное значение.

{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}

Источник (ы)

Sheng O et al. 2018. Многофункциональные твердотельные электролиты на основе нанопроволоки Mg2B2O5 с высокой ионной проводимостью, отличными механическими свойствами и огнестойкостью. Нано-буквы. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659

Команда SCIEU
Команда SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Значительные достижения науки. Воздействие на человечество. Вдохновляющие умы.

Подписка на рассылку

Быть в курсе всех последних новостей, предложений и специальных объявлений.

- Реклама -

Самые популярные статьи

Редактирование гена для предотвращения наследственного заболевания

Исследование показывает технику редактирования генов для защиты своих потомков...

Уникальная текстильная ткань с саморегулирующейся теплоотдачей

Создан первый термочувствительный текстиль, способный...

Зеленый чай против кофе: прежний кажется более здоровым

Согласно исследованию, проведенному среди пожилых людей в Японии, ...
- Реклама -
99,823Поклонникиподобно
70,005ПодписчикиПодписаться
6,336ПодписчикиПодписаться
31ПодписчикиПодписаться