Електричещи изследвания от учените на Клемсън университет може да доведе до създаването на по-леки, по-бързо зареждане батерии, подходящи за захранване на остворка, или дори Марс ровър.
Изследването, което е финансирано от НАСА, наскоро бе съобщено в статия, озаглавена "Три-Измерни Si Anodes с fast Diffusion, висок капацитет, висока степен на способност, и дълъг живот на цикъла", която се появи в списанието на Американското химическо общество приложни материали и интерфейси. Неговите автори включват Шайлендра Чилувал, Наварай Sapkota, Apparao M. Рао и Рамакришна Подила, всички от които са част от Института за наноматериали на Клемсон (CNI).
Позила, асистент в катедрата по физика и астрономия на Колежа по физика, каза, че революционните нови батерии скоро могат да се използват в американските сателити.
"Повечето сателити получават главно своята сила от слънцето," Каза Подила. "Но сателитите трябва да могат да съхраняват енергия, когато са в сянката на Земята. Трябва да направим батериите възможно най-леки, защото колкото повече тежи спътника, толкова повече струва мисията му."
Позила каза, че за да се разбере пробива на групата, можете да визуализирате графитния анод в литиево-йонна батерия като тесте карти, където всяка карта представлява слой графит, който се използва за съхранение на заряда, докато се наложи електричество. Проблемът, каза Подила, е, че "графитът не може да съхранява много заряд".
Екипът на Клемсон е избрал да работи със силиций, който може да събере повече заряд, което означава, че повече енергия може да се съхранява в по-леки клетки. Докато учените отдавна са оценили високия капацитет на силиций за електрическо съхранение, този материал се разпада на по-малки парчета, тъй като зарежда и изхвърля.
Решението, което екипът измисли, включва използването на малки силициеви "наноразмерни" частици, които повишават стабилността и осигуряват по-дълъг живот на цикъла. Вместо тесте карти, направени от графит, новите батерии използват слоеве от въглероден нанотръб материал, наречен Бъкинга, със силициеви наночастици, които са залепнали между.
С такъв вид вътрешна опаковка, дори и да се разпадне силиконовите частици, те са "все още в сандвича", каза Подила.
"Свободните листове от въглеродни нанотръби поддържат силиконови наночастици електрически свързани помежду си", каза Шайлендра Чилувал, завършил студент в CNI и първият автор на проучването.
"Тези нанотръби образуват квази-триизмерна структура, държат силициеви наночастици заедно дори след 500 цикъла и намаляват електрическото съпротивление, произтичащо от счупването на наночастици."
Използването на батерии, изработени от силиций и други наноматериали, не само увеличава капацитета, но също така позволява зареждане на батерии с по-висок ток, което води до по-бързо време за зареждане. Както всеки, чийто мобилен телефон е умрял в средата на телефонно обаждане знае, това е важна характеристика за технологията на батерията.
По-бързото зареждане е възможно, тъй като новите батерии също използват нанотръби като буферен механизъм, който позволява зареждането с темп четири пъти по-бързо от това, което е възможно.
По-леките батерии, които се зареждат по-бързо и предлагат значително по-голяма ефективност, не само ще бъдат от значение за астронавтите, носещи захранвани с батерии костюми, но и на учените и инженерите, които трябва да доберат астронавтите до дестинациите си.
"Силиций като анод в литиево-йонна батерия представлява "светия граал" за изследователите в тази област," каза Рао, директор на CNI и главния изследовател на стипендията на НАСА. Рао каза също, че новите батерии скоро ще намерят пътя си към електрическите превозни средства.
"Следващата ни цел е да си сътрудничим с индустриални партньори, за да преведем тази лабораторна технология на пазара", каза Podila, кореспондент на проучването и колега изследовател на стипендията на НАСА. "Благодарим на НАСА и Южна Каролина EPSCoR за предоставянето на наградата за осъществяването на такива проекти, които ще имат трайно въздействие върху космическите мисии и глобалния енергиен пейзаж."
