Βρήκατε έναν τρόπο να αυξήσετε τη χωρητικότητα των μπαταριών ιόντων λιθίου κατά 10 φορές
Σε όλο τον κόσμο, δεκάδες ερευνητικές ομάδες αναζητούν επιλογές για σημαντική αύξηση της χωρητικότητας των μπαταριών ιόντων λιθίου. Η εισαγωγή του πυριτίου στη δομή θεωρείται μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση, αλλά η ευθραυστότητά του, η ευθραυστότητα των ενώσεων που βασίζονται σε αυτήν και άλλα προβλήματα δεν το επέτρεψαν για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Αλλά φαίνεται ότι οι επιστήμονες στην Ιαπωνία κατάφεραν να βρουν μια λύση στο πρόβλημα του πυριτίου. Κατασκεύασαν ένα νέο σχέδιο της ανόδου, κατασκευασμένο από ναό μεγέθους πυριτίου, που παρέχουν την απαραίτητη αντοχή και αντοχή.
Σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου και τα μειονεκτήματά τους
Αρχικά, λίγα λόγια για το πώς λειτουργούν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου. Έτσι, όπως γνωρίζετε, μια μπαταρία αποτελείται από ένα ζευγάρι ηλεκτροδίων (κάθοδο και άνοδο) και μια ηλεκτρολυτική λύση. Έτσι, το κύριο καθήκον του ηλεκτρολύτη είναι η μεταφορά ιόντων λιθίου μεταξύ της καθόδου και της ανόδου, η οποία είναι απλώς κατασκευασμένη από γραφίτη.
Έτσι, κατά τη φόρτιση της μπαταρίας, τα ιόντα λιθίου κινούνται κατά μήκος της διαδρομής καθόδου-λύσης-ανόδου. Κατά τη διαδικασία εκφόρτισης, η κίνηση των ιόντων συμβαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Αυτός ο σχεδιασμός έχει αποδειχθεί καλά και έχει λειτουργήσει για περισσότερα από δώδεκα χρόνια. Αλλά το κύριο μειονέκτημα αυτού του ολόκληρου σφαλμένου σχεδιασμού έγκειται στο γεγονός ότι έξι άτομα άνθρακα πρέπει να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα στην άνοδο του γραφίτη για την αποθήκευση ενός ιόντος λιθίου. Για το λόγο αυτό, αυτές οι μπαταρίες έχουν χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα.
Το πυρίτιο και οι εφαρμογές του
Ωστόσο, αν κοιτάξουμε ένα υλικό όπως το πυρίτιο, τότε ένα από τα άτομα του μπορεί να συνδεθεί με τέσσερα ιόντα λιθίου ταυτόχρονα, γεγονός που δίνει σχεδόν 10 φορές αύξηση στην ενεργειακή πυκνότητα. Όλα φαίνεται να είναι καλά, αλλά οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να σταθεροποιήσουν το πυρίτιο.
Δεδομένου ότι είναι επιρρεπές σε σημαντική επέκταση (έως και 400% του αρχικού όγκου), συστολές και κατά τη διάρκεια της λειτουργίας της μπαταρίας, τότε όλα αυτά τα εφέ παραμόρφωσης κατέστρεψαν τις ανόδους πυριτίου αρκετά γρήγορα.
Μια ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Μεταπτυχιακών Τεχνολογιών και Τεχνολογίας της Οκινάουα (OSIT) πρότεινε μια λύση στο πρόβλημα της σταθεροποίησης της ανόδου του πυριτίου. Οι μηχανικοί πραγματοποίησαν μια ολόκληρη σειρά πειραμάτων με στρώματα πυριτίου διαφόρων πάχους σε αναζήτηση ενός χρυσού μέσου, στον οποίο θα πληρούνται οι συνθήκες υψηλής ενεργειακής πυκνότητας και σταθερότητας της μπαταρίας.
Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι καθώς το στρώμα πυριτίου αυξάνεται, πρώτα υπάρχει μια αύξηση της ακαμψίας και μετά από ένα ορισμένο σημείο, υπάρχει μια απότομη μείωση. Αποφασίστηκε να μελετήσει λεπτομερέστερα τον λόγο αυτής της μετάβασης, και αυτό είναι που οι επιστήμονες μπόρεσαν να αποδείξουν.
Αποδείχθηκε ότι όταν το πυρίτιο εναποτίθεται σε μεταλλικά νανοσωματίδια, αρχίζουν να σχηματίζονται μικροσκοπικές στήλες με τη μορφή ανεστραμμένων κώνων, πυκνώνοντας προς την κορυφή.
Αποδεικνύεται ότι με την εναπόθεση ενός αυξανόμενου αριθμού ατόμων πυριτίου και, κατά συνέπεια, την ανάπτυξη των πυλώνων, γίνονται τόσο ευρύ που αγγίζουν το ένα το άλλο και σχηματίζουν έτσι μια τοξωτή δομή ενός νανομέτρου κλίμακα.
Μια τέτοια δομή είναι αρκετά ισχυρή και ακόμη και χρησιμοποιείται από τους ανθρώπους στην κατασκευή. Και αποδεικνύεται ότι προτού διαμορφωθούν αυτές οι νανοκάμπες, η δομή είναι μάλλον αδύναμη και η ακόμη μεγαλύτερη ανάπτυξή τους δημιουργεί μια σπογγώδη δομή με τρύπες, η οποία δεν είναι τόσο αποτελεσματική.
Και μόνο τη στιγμή του σχηματισμού τέτοιων τόξων, δημιουργείται μια ισορροπία, η οποία καθιστά δυνατή την παροχή αυξημένης χωρητικότητας φόρτισης και είναι σε θέση να αντέξει μεγάλο αριθμό κύκλων φόρτισης / εκφόρτισης.
Δεν είναι ακόμη γνωστό πότε θα κυκλοφορήσουν οι νέες μπαταρίες ιόντων λιθίου με άνοδο πυριτίου, αλλά το γεγονός ότι αυτή η κατεύθυνση είναι πολλά υποσχόμενη μπορεί να αναγνωριστεί ήδη σε αυτό το στάδιο.
Σας άρεσε το υλικό; Στη συνέχεια, σηκώστε το δάχτυλό σας και εγγραφείτε στο κανάλι. Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!