Naujieji elementai leis įkrauti elektromobilius per minutę  (28)

Tyrėjai iš Nanotek Instruments Inc. kompanijos bei jos dukterinės kompanijos Angstron Materials Inc., veikiančių Daytone, Ohajo valstijoje, sukūrė naują metodą, leidžiantį kurti energiją saugančius įrenginius.Pasiūlytas energijos saugojimo įrenginys gali būti ypač naudingas elektrinėms transporto priemonėms, kurioms jis sumažintų pakrovimo laiką nuo kelių valandų iki mažiau nei minutės. Jis galėtų būti sėkmingai panaudojamas ir atsinaujinančios energijos saugojimui (pavyzdžiui, saulės ar vėjo energijos).

Mokslininkai naująjį įrenginį pavadino „grafeno paviršiaus sukurtais ličio jonų apsikeitimo elementais“. Nors šiuo metu įrenginyje naudojamos ne pačios optimaliausios medžiagos bei konfigūracijos, tačiau jie jau dabar lenkia visais parametrais ličio jonų baterijas ir superkondensatoriuose gaunamą galios tankį. Naujasis įrenginys gali perduoti 100 kW/kgcell galios tankį, o tai yra šimtą kartą daugiau už komercinėse ličio jonų baterijose gaunamą galios tankį ir dešimt kartų daugiau už superkondensatorius.

Didesnis galios tankis reiškia didesnę energijos perdavimo spartą, o tai reiškia ir greitesnį pakrovimo laiką. Taip pat naujuosiuose elementuose saugomas energijos tankis lygus 160 Wh/kgcell. Tai sulyginama su ličio jonų baterijų energijos tankiu, bet yra apie trisdešimt kartų daugiau nei gali pasiekti įprasti superkondensatoriai. Didesnis energijos tankis reiškia, kad įrenginyje gali būti saugoma daugiau energijos, tai yra elektrinė transporto priemonė galės ilgiau važiuoti.

„Esant tam pačiam įrenginio svoriui, naujaisiais elementais bei ličio jonų baterijomis varomos transporto priemonės nuvažiuos panašų atstumą, - pasakė Bor Z. Jang, kuris yra vienas iš Nanotek Instruments ir Angstron Materials kompanijų įkūrėjų. - Mūsų elementai, panašiai kaip ir ličio jonų baterijos, gali dar būti tobulinami siekiant padidinti energijos tankį, o tuo pačiu ir nuvažiuojamą atstumą. Tačiau, iš principo, sukurti naujieji elementai gali būti pakrauti per keletą minučių, o gal būt net mažiau nei per minutę. Tuo tarpu ličio jonų baterijoms, dabar naudojamoms elektrinėse transporto priemonėse, reikia keletos valandų.“

Jang kartu su bendraautoriais iš minėtų kompanijų atspausdino savo tyrimų rezultatus apie kitos kartos energijos saugojimo įrenginius „Nano Letters“ žurnale. Abi kompanijos specializuojasi nanomedžiagų komercializacijoje. Pavyzdžiui, Angstron yra didžiausia pasaulyje nanografeno plokštelių gamintoja.

Mokslininkai savo straipsnyje paaiškino, kad baterijos ir superkondensatoriai turi savo pranašumų ir trūkumų, jei lyginti energijos saugojimą. Ličio jonų baterijos pasiekia didesnį energijos tankį (120-150 Wh/kgcell) nei superkondensatoriai (5 Wh/kgcell). Tačiau ličio jonų baterijos pasižymi mažesniu galios tankiu (1 kW/kgcell lyginant su 10 kW/kgcell). Daugelis mokslinių grupių deda dideles pastangas siekdami padidinti ličio jonų baterijų galios tankį arba superkondensatorių energijos tankį. Tačiau visiems šiems tyrimams dar reikia labai daug laiko. Sukūrus visiškai naują bazę, naujieji energijos saugojimui skirti įrenginiai padės apeiti iškilusias problemas.

„Naujos rūšies energijos saugojimui skirtų įrenginių sukūrimas nutiesia tiltą tarp buvusios prarajos, skyrusios ličio jonų baterijas ir superkondensatorius, – pasakė Jangas. – Svarbiausia, kad visiškai naujas energijos saugojimo įrenginių konstravimo požiūris gali leisti mokslininkams pasiekti didelį energijos tankį bei didelį galios tankį neaukojant vieno iš jų.“ Naujojo įrenginio labai gero pasirodymo esminiai elementai yra katodas ir anodas, turintys didelius grafeno paviršius. Gamindami elementą mokslininkai patalpino ličio metalą šalia anodo. Per pirmą iškrovos ciklą litis yra jonizuojamas, ir susikuria žymiai didesnis jonų skaičius, lyginant su ličio jonų baterijomis. Naudojant bateriją, jonai juda per skystą elektrolitą link katodo, kur jie praeina poras ir pasiekia katodo viduje esantį, didelį paviršinį plotą turintį, grafeną. Pakrovimo metu didelis skaičius ličio jonų greitai juda nuo katodo link anodo. Elektrodų dideli paviršiaus plotai užtikrina greitą didelio jonų skaičiaus judėjimą tarp elektrodų, tai yra pasiekiamas dideli energijos ir galios tankiai. Mokslininkai paaiškino, kad apsikeitimas ličio jonais tarp porėtų elektrodų paviršių reikalauja žymiai mažiau laiko nei to reikia baterijose, kur jonai patenka į elektrodų viduje esančias poras. Eksperimente buvo naudoti skirtingų rūšių grafenai (oksiduoti, vienasluoksniai ir daugiasluoksniai). Tačiau reikia toliau tirti medžiagas ir įmanomas konfigūracijas norint gauti dar geresnius įrenginio parametrus. Planuojama nagrinėti ir naujųjų elementų gyvavimo laiką. Buvo pastebėta, kad įrenginys išlaiko savo talpą iki devyniasdešimt penkių procentų po tūkstanties ciklų. Planuojama ištirti, kokią įtaką įrenginio veiklai turi įvairūs ličio saugojimo būdai.

„Mes nematome jokių trukdžių duotos technologijos komercializacijai, – pasakė Jangas. – Nors grafeno kaina dabar yra didelė, mūsų Angstron Materials Inc. kompanija aktyviai ieško būdų kaip padidinti grafeno gamybos pajėgumus. Tikimasi, kad grafeno kaina per artimiausius vienerius – trejus metus stipriai sumažės.“

Aut. teisės: MokslasPlius
MokslasPlius

(1)
(0)
(1)

Komentarai (28)