„Nanokaušeliai“ gali padėti sukurti naujos kartos automobilines baterijas (1)

2011-01-11

Mokslininkai iš Rensselaer Politechnikos Instituto sukūrė visiškai naujo tipo nanomedžiagą, kuri gali duoti pradžią naujos kartos didelės galios daugkartinio pakrovimo ličio jonų baterijoms, naudojamoms elektriniuose automobiliuose, nešiojamuose kompiuteriuose, mobiliuosiuose telefonuose ar kituose įrenginiuose. Medžiaga yra pavadinta „nanokaušeliu“ dėl savo panašumo į vaflinių ledų porciją. Sukurta medžiaga gali atlaikyti ypatingai didelį baterijos pakrovimų ir iškrovimų greitį, kuris yra dabar naudojamų ličio jonų baterijų greito elektrodų gedimo bei išėjimo iš rikiuotės priežastimi. „Nanokaušelių“ sėkmė yra paremta ypatinga panaudotos medžiagos sudėtimi, struktūra bei dydžiu.

Grupė, vadovaujama profesoriaus Nikhil Koratkar, pademonstravo, kaip „nanokaušelių“ elektrodai gali būti pakrauti nuo keturiasdešimties iki šešiasdešimties kartų didesne sparta nei įprastos baterijos, naudojant tą patį elektros energijos tankį. Šis nuostabus pasiekimas, kuris atliktas per daugiau kaip šimtą pastoviai vykusių pakrovimo ir iškrovimo ciklų, parodė, kad nauja technologija pasižymi dideliu potencialu, ir ją būtų galima panaudoti didelės galios ir talpos ličio jonų pakraunamose baterijose. Šis darbas yra atspausdintas Nano Letters žurnale.

„Idėja, kad mano mobilaus telefono ar nešiojamo kompiuterio pakrovimo laikas gali būti sumažintas nuo vienos valandos iki kelių minučių, atrodo labiau nei patraukli,“ - pasakė Koratkar, kuris dirba Rensselaer Politechnikos Instituto Mechanikos, aerokosminės ir branduolinės inžinerijos departamente. „Tai tikrai taptų realybe, jei panaudotume mūsų sukurtus „nanokaušelius“ ličio jonų pakraunamų baterijų anoduose. Dar daugiau – ši technologija galėtų būti pritaikyta elektrinių automobilių baterijose.“

Visose elektrinėse transporto priemonėse baterijos turi tiekti ne tik didelės galios elektros energiją, bet ir savyje talpinti didelius krūvius. Šios transporto priemonės dabar naudoja galingus kondensatorius tam, kad atliktų daug jėgos reikalaujančias funkcijas tokias, kaip važiavimo pradžia ar staigus greitėjimas. Šie kondensatoriai naudojami kartu su įprastinėmis baterijomis, kurios tiekia didelio tankio elektros energiją įprastoms važiavimo ar kitoms operacijoms. Koratkar pasakė, kad „nanokaušelių“ išradimas leistų apjungti šias dvi atskiras sistemas į vieną daug efektyvesnę bateriją.

Ličio jonų baterijos anodo struktūra fiziškai didėja bei mažėja priklausomai nuo to ar baterija pakraunama, ar iškraunama. Pakrovimo metu ličio jonai didina anodo apimtis, o iškrovimas turi priešingą efektą. Šis procesas, kuris veikia anodo apimtis, sukuria įtempimus medžiagoje. Per greitas įtempimo, kai pakrovimo ar iškrovimo sparta yra labai didelė, didėjimas, gali negrįžtamai sugadinti bateriją. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl dabartiniuose įrenginiuose, tokiuose kaip mobilieji telefonai ar nešiojamieji kompiuteriai, esančios baterijos pasikrauna labai lėtai. Lėtas pakrovimas yra specialiai įdiegtas, kad nebūtų sugadinta baterija.

Mokslininkų grupės sukurtas „nanokaušelis“ buvo sukonstruotas taip, kad atlaikytų baterijos pakrovimo ir iškrovimo metu patiriamas apkrovas. „Nanokaušelis“ padarytas iš anglies nanolazdelės pagrindo, ant kurio uždėtas plonas aliuminio nanosluoksnis bei silicio kaušelis. Ši struktūra yra lanksti ir gali greitai pasiimti bei atiduoti ličio jonus. Ličio jonai sugeriami ar išstumiami labai dideliu greičiu ir ,svarbiausia, kad baterija nepatiria rimtų pažeidimų. Sudalinta struktūra leidžia atsirandančiam įtempimui palaipsniui būti perduotam nuo anglies pagrindo į aliuminio nanosluoksnį ir ,galiausiai, silicio kaušeliui. Taip pat yra svarbu, kad kaušelis yra nano dydžio. Nanostruktūra mažiau pasiduoda įtrūkimams nei didelių matmenų medžiagos. „Dėl savo nano matmenų, nanokaušeliai gali daug efektyviau veikti prie didelių spartų nei dabar ličio jonų baterijose naudojami makro dydžių anodai,“ pasakė grupės vadovas. „Tokiu būdu mūsų „nanokaušeliai“gali būti kritinės problemos, su kuria susiduria automobilius ar baterijas gaminančios kompanijos, sprendimas: kaip padidinti baterijos galią tuo pačiu metu išlaikant didelį elektros energijos tankį.“

Pagrindinė „nanokaušelių“ problema yra ta, kad jų bendra elektrodo masė yra labai maža. Mokslininkų grupė ieško būdų, kaip išauginti ilgesnius kaušelius su didesne mase. Taip pat bandoma sudėti „nanokaušelius“ vienas ant kito. Kita tiriama galimybė būtų „nanokaušelius“ auginti ant didelio lankstaus pagrindo, kurį būtų galima susukti ar pritaikyti prie automobilio kontūro ar važiuoklės.

Aut. teisės: MokslasPlius

(0)
(0)
(0)

Komentarai (1)