Skupina raziskovalcev na univerzi Cornell, ki jo vodi Ulrich Wiesner, profesor inženirstva Spencer T. Olin na Oddelku za znanosti o materialih in inženirstvu, obravnava povpraševanje po bateriji, ki ima potencial bliskovitih nabojev.
Ideja za to tehnologijo: »Namesto da bi imeli anodo in katodo baterij na obeh straneh neprevodnega ločevalnika, prepletite komponente v samosestavljivi 3D-giroidni strukturi s tisoči nanosastih por, napolnjenih s komponentami, potrebnimi za energijo. shranjevanje in dostava «.
"To je resnično revolucionarna arhitektura baterij," je dejal Wiesner, čigar članek "Block Copolymer Derized 3-D Interpenetrating Multifunctional Gyroidal Nanohybrid for Storage Energy Storage " je bil objavljen 16. maja v publikaciji Royal Society o energiji in okolju. kemije.
"Ta tridimenzionalna arhitektura v bistvu odpravlja vse izgube zaradi mrtve količine v vaši napravi," je dejal Wiesner. »Še pomembneje pa je, da krčenje dimenzij teh medsebojnih domen, tako kot mi, zmanjšuje dimenzije teh nanosov, tako da imate za velikost večjo gostoto moči. Z drugimi besedami, do energije lahko dostopate v veliko krajših časih, kot je to običajno pri običajnih baterijskih arhitekturah. «
Kako hitro je to? Wiesner je dejal, da se bo baterija zaradi dimenzij elementov akumulatorja, zmanjšanih na nanometrsko skalo, "v trenutku, ko vtaknete kabel v vtičnico, v sekundah, morda celo hitreje, napolnila."
Koncept te 3D-baterije temelji na samosestavitvi blok kopolimerov, ki so jo uporabljali v drugih elektronskih napravah, vključno z žiroidno sončno celico in žiroidnim superprevodnikom. Vodilni avtor tega dela Joerg Werner je eksperimentiral s samosestavljivimi filtracijskimi membranami in se vprašal, ali bi to načelo lahko uporabili pri ogljikovih materialih za shranjevanje energije.
Tanki giroidni filmi ogljika - anoda akumulatorja, ki jo ustvarja blok-kopolimerni samosestav - so vsebovali tisoče periodičnih por v velikosti približno 40 nanometrov. Nadaljnje premazovanje teh por z 10-nanometrsko debelo, ki je elektronsko izolirana, vendar ionsko prevodni separator, je bila prevlečena z elektro-polimerizacijo, ki že po naravi postopka tvori ločilni sloj brez luknjic. Absolutno te napake, kot so luknje v separatorju, lahko privedejo do katastrofalne okvare, ki povzroči požar v mobilnih napravah, kot so mobilni telefoni in prenosniki.
Prehod na drugi korak, ki je dodatek katodnega materiala. V tem primeru dodajte žveplo v ustrezni količini, ki ne zapolni preostalih por. Toda žveplo lahko sprejema elektrone, vendar ne prevaja električne energije. Zadnji korak je zasipanje z elektronsko prevodnim polimerom, znanim kot PEDOT (poli).
Čeprav ta arhitektura ponuja dokaz koncepta, je dejal Wiesner, ni brez izzivov. Spremembe glasnosti med praznjenjem in polnjenjem akumulatorja postopoma poslabšajo zbiralnik naboja PEDOT, ki ne občuti povečanja prostornine kot žveplo.
"Ko se žveplo razširi," je dejal Wiesner, "imate te majhne koščke polimera, ki se raztrgajo, in se ob ponovnem krčenju ne poveže. To pomeni, da obstajajo deli 3D-baterije, do katerih nato ne morete dostopati. "
Ekipa še vedno poskuša izpopolniti tehniko, vendar je zaprosila za zaščito pacientov pri delu, ki temelji na konceptu. Delo je podprl Center za energetske materiale pri CORNELLU, financiralo pa ga je ameriško ministrstvo za energijo in nacionalna znanstvena fundacija.