REKLÁM

Nanovezetékek használata biztonságosabb és erősebb akkumulátorok előállítására

A tanulmány felfedezett egy módot arra, hogy a mindennap használt akkumulátorokat rugalmasabbá, erősebbé és biztonságosabbá tegyük.

2018 van, és mindennapjainkat immár különféle kütyük táplálják, amelyek árammal vagy akkumulátorral működnek. Az akkumulátorral működő kütyük és eszközök iránti támaszkodásunk fenomenálisan növekszik. A akkumulátor egy olyan eszköz, amely kémiai energiát tárol, amely elektromos árammá alakul. Az akkumulátorok olyan mini kémiai reaktorok, amelyek reakciója során elektronokkal teli energiát állítanak elő, amely áramlik át a külső eszközön. Legyen szó mobiltelefonokról, laptopokról vagy más, akár elektromos járművekről, az akkumulátorok – általában lítium-ion – a fő áramforrás ezeknek a technológiáknak. Ahogy a technológia folyamatosan fejlődik , folyamatos kereslet van a kompaktabb, nagyobb kapacitású és biztonságosabb újratölthető akkumulátorok iránt.

Az akkumulátoroknak hosszú és dicsőséges története van. Benjamin Franklin amerikai tudós először 1749-ben használta az „akkumulátor” kifejezést, miközben elektromos kísérleteket végzett egy sor összekapcsolt kondenzátor segítségével. Alessandro Volta olasz fizikus 1800-ban találta fel az első akkumulátort, amikor rézből (Cu) és cinkből (Zn) álló korongokat rakott szét sós vízbe áztatott ruhával. Az ólom-savas akkumulátort, az egyik legtartósabb és legrégebbi újratölthető akkumulátort 1859-ben találták fel, és még ma is használják számos eszközben, beleértve a járművek belső égésű motorját is.

Az akkumulátorok hosszú utat tettek meg, és ma már a nagy megawattos méretektől kezdve többféle méretben kaphatók, így elméletileg képesek tárolni a napenergia-farmokból származó energiát és megvilágítani a mini városokat, vagy akár olyan kicsik is lehetnek, mint az elektronikus órákban használtak. , csodálatos ugye. Az úgynevezett elsődleges akkumulátorban az elektronok áramlását kiváltó reakció visszafordíthatatlan, és végül, amikor az egyik reaktáns elfogy, az akkumulátor lemerül vagy meghal. A leggyakoribb elsődleges akkumulátor a cink-szén akkumulátor. Ezek az elsődleges akkumulátorok nagy problémát jelentettek, és az ilyen akkumulátorok ártalmatlanításának egyetlen módja az volt, hogy olyan módszert találjunk, amellyel újrafelhasználhatók – vagyis újratölthetővé tették őket. Az elemek újakra cseréje nyilvánvalóan nem volt praktikus, és így az elemek egyre több lett erős és nagy, szinte lehetetlenné vált, nem beszélve arról, hogy a cseréjük és az ártalmatlanításuk meglehetősen drága.

A nikkel-kadmium akkumulátor (NiCd) volt az első népszerű újratölthető akkumulátor, amely lúgot használt elektrolitként. 1989-ben nikkel-fém hidrogén akkumulátorokat (NiMH) fejlesztettek ki, amelyek hosszabb élettartammal rendelkeznek, mint a NiCd akkumulátorok. Azonban volt néhány hátrányuk, főként az, hogy nagyon érzékenyek voltak a túltöltésre és a túlmelegedésre, különösen akkor, amikor mondjuk a maximális töltési sebességükön voltak. lassan és óvatosan kellett tölteni, hogy elkerüljük a sérüléseket, és hosszabb időre volt szükség az egyszerűbb töltőkkel való feltöltéshez.

Invented in 1980, Lithium-ion batteries (LIBs) are the most commonly used batteries in consumer electronic devices today. Lithium is one of the lightest elements and it has one of the largest electrochemical potentials, therefore this combination is ideally suited for making batteries. In LIBs, lithium ions move between different electrodes through an electrolyte which is made of salt and organikus solvents (in most traditional LIBs). Theoretically, lithium metal is the most electrically positive metal having very high capacity and is the best possible choice for batteries. When LIBs are underdoing recharging, the positively charged lithium ion becomes lithium metal.Thus, LIBs are most popular rechargeable batteries for use in all kinds of portable devices owing to their long life and high capacity. However, one major problem is that the electrolyte can evaporate easily, causing a short-circuit in the battery and this can be a fire hazard. In practice, LIBs are really unstable and inefficient as over time the lithium dispositions become non-uniform.LIBs also have low charge and discharge rates and safety concerns make them unviable for many high power and high capacity machines, example electric and hybrid electric vehicles. LIB has been reported to exhibit good capacity and retention rates at very rare occasions.

Így az akkumulátorok világában nem minden tökéletes, mivel az elmúlt években sok akkumulátort nem biztonságosnak jelöltek, mert meggyulladnak, megbízhatatlanok és néha nem hatékonyak. A tudósok világszerte arra törekednek, hogy olyan akkumulátorokat építsenek, amelyek kicsik, biztonságosan újratölthetőek, könnyebbek, rugalmasabbak és egyben erősebbek lesznek. Ezért a hangsúly a szilárdtest elektrolitokra, mint lehetséges alternatívákra helyeződött át. A tudósok megpróbálták ezt célként tartani, de a stabilitás és a méretezhetőség a legtöbb tanulmány akadálya volt. A polimer elektrolitok nagy potenciált mutattak, mivel nemcsak stabilak, hanem rugalmasak és olcsók is. Sajnos az ilyen polimer elektrolitokkal a fő probléma a rossz vezetőképességük és mechanikai tulajdonságaik.

Az ACS-ben nemrég megjelent tanulmányban Nano Letters, a kutatók kimutatták, hogy az akkumulátor biztonsága és még sok más tulajdonsága is fokozható nanohuzalok hozzáadásával, így az akkumulátor kiváló. A Zhejiang University of Technology (Kínai) Anyagtudományi és Mérnöki Főiskola kutatócsoportja korábbi kutatásaira épített, amelyek során jó mechanikai tulajdonságokkal és vezetőképességgel rendelkező magnézium-borát nanohuzalokat készítettek. A jelenlegi tanulmányban azt ellenőrizték, hogy ez az akkumulátorokra is igaz lenne, ha ilyen nanohuzalok szilárd fázisú polimer elektrolithoz adják. A szilárdtest elektrolitot 5, 10, 15 és 20 tömegű magnézium-borát nanoszálakkal kevertük össze. Látható volt, hogy a nanohuzalok növelték a szilárdtest polimer elektrolit vezetőképességét, ami szilárdabbá és rugalmasabbá tette az akkumulátorokat a nanohuzalok nélküli korábbiakhoz képest. Ezt a vezetőképesség-növekedést az elektroliton áthaladó és áthaladó ionok számának növekedése okozta, és sokkal gyorsabban. Az egész összeállítás olyan volt, mint egy akkumulátor, de hozzáadott nanovezetékekkel. Ez nagyobb teljesítményt és megnövekedett ciklusokat mutatott a normál akkumulátorokhoz képest. Fontos gyúlékonysági vizsgálatot is végeztek, és kiderült, hogy az akkumulátor nem égett le. Napjaink széles körben használt hordozható alkalmazásait, mint például a mobiltelefonokat és laptopokat a maximális és legkompaktabb tárolt energiával kell frissíteni. Ez nyilvánvalóan növeli a heves kisülés kockázatát, és az ilyen eszközöknél kezelhető, mivel az elemek kis formátuma szükséges. De mivel az akkumulátorok nagyobb alkalmazási területeit tervezik és próbálják ki, a biztonság, a tartósság és a teljesítmény rendkívül fontossá válik.

***

{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}

Forrás (ok)

Sheng O et al. 2018. Mg2B2O5 nanowire-kompatibilis, többfunkciós szilárdtest-elektrolitok magas ionvezetőképességgel, kiváló mechanikai tulajdonságokkal és égésgátló teljesítménnyel. Nano Letters. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659

SCIEU csapat
SCIEU csapathttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Jelentős előrelépések a tudományban. Hatás az emberiségre. Inspiráló elmék.

Iratkozzon fel hírlevelünkre

A legfrissebb hírekkel, ajánlatokkal és külön értesítésekkel kell frissíteni.

Legnépszerűbb cikkek

A WHO ideiglenes ajánlásai az egyadagos Janssen Ad26.COV2.S (COVID-19) vakcina használatára

A vakcina egyszeri adagja gyorsan növelheti az oltással lefedettséget...

Agyevő amőba (Naegleria fowleri) 

Az agyfaló amőba (Naegleria fowleri) felelős az agyfertőzésért...
- Reklám -
94,519VentilátorokMint
47,682KövetőKövesse
1,772KövetőKövesse
30ElőfizetőkFeliratkozás