Новая Батарея Из Нескольких Наноячеек

Tesla Motors наглядно показала, что электромобили могут быть не просто средством передвижения для особо рьяных экологов, но и просто очень спортивными автомобилями.

Для набора или снижения скорости нет необходимости переключать передачи, и любой водитель очень быстро привыкает к этой «бесконечной» первой передаче.

Новости об очередном прорыве в конструкции аккумуляторов, который изменит всю отрасль, появляются минимум раз в месяц.

Обычно ученые либо меняют конструкцию, либо пробуют новые материалы.

Новое исследование позволило реструктурировать материалы в нанобатарею, а затем объединить группу из них в батарею.

Любая батарея состоит из двух электродов, между которыми создается разность потенциалов.

Электроды на основе наноструктур обладают рядом полезных свойств: большой площадью поверхности и малым временем транспортировки ионов, что позволяет им запасать больше энергии и увеличивать срок службы аккумулятора, то есть он может дольше удерживать заряд и подвергаться большему заряду.

циклы разрядки.

Трехмерная организация этих структур все еще оставляет возможности для улучшения.

В прошлом исследователи разрабатывали 3D-батареи, помещая два электрода в нанопоры оксида алюминия и используя ультратонкий изолирующий материал для их разделения.

Хотя полученная система имела улучшенную плотность накопления энергии, сохранение заряда ограничено изоляторами и требует более сложной схемы, чтобы ток мог протекать между ними.

Проще говоря, сохранить положительные свойства 3D-наноструктуры сложно из-за пространственных ограничений материала.

В батареях обычно используется электролит, но нанобатареи, использующие его, показали низкую скорость удержания заряда.

Когда такие батареи были объединены в трехмерные структуры, различия в концентрациях привели к различиям в плотности тока.

Эти ограничения были преодолены путем объединения обоих решений.

Новая батарея состоит из наноэлементов, расположенных параллельно.

Каждая из трубок содержит электроды и жидкий электролит, расположенный в порах оксида алюминия, а ток собирается наноструктурами рутения (внешняя поверхность трубки) и оксида ванадия V.₂ О₅ (внутренняя поверхность).

Для формирования катода и анода нанопоры покрываются соответственно либо слоем оксида ванадия, либо его химически модифицированной формой.

Были определены характеристики как отдельных электродов (половины ячейки), так и всей структуры нанобатареи, содержащей как электроды, так и другие элементы.

Обе конфигурации имеют отличное энергосбережение и время автономной работы.

Каждый грамм полученной конструкции может хранить 80 мАч, что немного меньше, чем у существующих литиевых батарей, а после 1000 циклов зарядки-разрядки запасаемый заряд падает всего до 20 процентов или меньше.

По сравнению с предыдущими конструкциями, в которых использовались нанопоры, накопление заряда утроилось, а срок службы увеличился на порядок.

Эти качества, по мнению исследователей, обусловлены коаксиальной трубчатой структурой.

Его свойства были обнаружены путем сравнения удержания заряда конфигураций нанотрубок из оксидов ванадия и рутения с плоским расположением оксидов серебра и ванадия.

Для нанотрубок скорость удержания заряда оказалась существенно выше.

Таким образом, было показано, что при правильном масштабировании наноструктуры могут помочь улучшить батареи.

Возможно, в будущем такая конструкция аккумулятора станет реальным прототипом для использования в мобильных телефонах, планшетных компьютерах и других портативных устройствах.

По материалам Арс Техника .

ДОИ: 10.1038/ННАНО.

2014.247 .

Теги: #нанотехнологии #батарейки #Энергетика и аккумуляторы #батарейки #аккумуляторы #наноструктуры #рутений #оксид ванадия #энергосбережение