Электрификационные исследования ученых из Университета Клемсона могут привести к созданию более легких, быстро заряжающихся батарей, подходящих для питания скафандра или даже марсохода.
Об исследовании, которое финансировалось НАСА, недавно было сообщено в статье под названием" Трехмерные кремниевые аноды с быстрой диффузией, большой емкостью, возможностью высокой скорости и длительным сроком службы" который появился в журнале Американского химического общества «Прикладные материалы и интерфейсы». Его авторами являются Шайлендра Чилувал, Наврадж Сапкота, Аппарао М. Рао и Рамакришна Подила, все из которых являются сотрудниками Института наноматериалов Клемсона (CNI).
Подила, доцент кафедры физики и астрономии Колледжа наук&# 39, сказал, что революционные новые батареи скоро могут быть использованы в спутниках США.
GG quot; Большинство спутников в основном получают энергию от солнца," Подила сказал." Но спутники должны иметь возможность накапливать энергию, когда они находятся в тени Земли' Мы должны сделать батареи как можно более легкими, потому что чем больше весит спутник, тем больше стоит его миссия."
Подила сказал, что для понимания открытий группы' вы можете визуализировать графитовый анод в литий-ионной батарее как колоду карт, в которой каждая карта представляет собой слой графита, который используется для хранения заряда до тех пор, пока не исчезнет электричество. необходимо. Проблема, как сказал Подила, в том, что графит&не может хранить много заряда."
Команда Клемсона решила работать с кремнием, который может накапливать больше заряда, а это означает, что больше энергии может храниться в более легких элементах. Хотя ученые давно ценили высокую емкость кремния для хранения электроэнергии, этот материал распадается на более мелкие части при зарядке и разряде.
Решение, которое придумала команда, включает использование крошечного кремниевого&"наноразмерного GG". частицы, которые увеличивают стабильность и продлевают срок службы. Вместо колоды карт, сделанных из графита, в новых батареях используются слои материала углеродных нанотрубок, называемого Buckypaper, с наночастицами кремния, зажатыми между ними.
При такой внутренней упаковке, даже если частицы кремния распадаются, они остаются" все еще в сэндвиче," Подила сказал.
GG quot; Отдельно стоящие листы углеродных нанотрубок удерживают наночастицы кремния электрически связанными друг с другом," сказала Шайлендра Чилувал, аспирант CNI и первый автор исследования.
GG quot: Эти нанотрубки образуют квазитрехмерную структуру, удерживают кремниевые наночастицы вместе даже после 500 циклов и уменьшают электрическое сопротивление, возникающее в результате разрушения наночастиц."
Использование аккумуляторов из кремния и других наноматериалов не только увеличивает емкость, но и позволяет заряжать аккумуляторы более высоким током, что приводит к более быстрой зарядке. Любой, чей мобильный телефон когда-либо умирает во время телефонного разговора, знает, что это важная функция для аккумуляторных технологий.
Возможна более быстрая зарядка, потому что новые батареи также используют нанотрубки в качестве буферного механизма, который позволяет заряжаться со скоростью в четыре раза быстрее, чем это возможно в настоящее время.
Более легкие батареи, которые заряжаются быстрее и предлагают значительно повышенную эффективность, будут благом не только для астронавтов, носящих костюмы с батарейным питанием, но также для ученых и инженеров, которым нужно доставлять астронавтов к месту назначения.
GG quot; Кремний в качестве анода в литий-ионной батарее представляет собой' Святой Грааль' для исследователей в этой области," сказал Рао, директор CNI' главный исследователь гранта НАСА. Рао также сказал, что новые батареи скоро найдут применение в электромобилях.
GG quot; Наша следующая цель - сотрудничать с промышленными партнерами для вывода этой лабораторной технологии на рынок," сказал Подила, автор-корреспондент исследования и со-исследователь гранта НАСА." Мы благодарны НАСА и EPSCoR Южной Каролины за предоставление награды для реализации таких проектов, которые окажут длительное влияние на космические миссии и глобальный энергетический ландшафт."
