Ученые совершили революцию в создании литиевых аккумуляторов
Мощность обычных литиевых аккумуляторов может быть увеличена в 10 раз, если использовать для связывания катионов лития модифицированные органическими веществами нанотрубки. Ученые из Массачусетского технологического института готовят технологию производства таких электродов для широкого применения в промышленности и обещают их работу не только в небольших устройствах, но и в гибридных автомобилях. Чтобы разработать новый материал для электрода, ученые использовали метод – послойную технологию производства: исходный материал поочередно погружается в разные растворы, содержащие углеродные нанотрубки. Особенность растворов в том, что нанотрубки под действием разных органических веществ приобретают либо положительный, либо отрицательный заряд. Когда такие разноименно заряженные слои чередуются на поверхности подложки, они очень прочно связаны электростатическими силами в твердую и устойчивую пленку, пишет Газета.Ru. Обычные аккумуляторы (например, литиевые батарейки, чаще всего используемые в обычных портативных устройствах) состоят из трех частей: двух электродов (анода, положительного электрода, притягивающего анионы, и катода, отрицательного электрода, притягивающего катионы), разделенных электролитом, то есть материалом, пропускающим электрический ток. Простейшим электролитом является, например, раствор соли NaCl в воде. В процессе работы литиевой батарейки положительно заряженные катионы Li+ движутся от анода к катоду, создавая электрический ток. При зарядке под действием подводимого со стороны электрического тока происходит обратный процесс, и катионы внедряются в пустоты пористого материала анода. Исследователи МИТ предлагают использовать в качестве положительного электрода углеродные нанотрубки (особую форму углерода, где слои атомов свернуты в «рулоны», образующие поры нанометрового масштаба). Модифицированные нанотрубки содержат большое количество концевых групп кислорода на поверхности, что позволяет им концентрировать большее количество ионов лития и работать как положительный, а не отрицательный электрод. Такая «электростатическая самоорганизация» ионов очень важна для работы прибора, считают авторы работы. Обычные нанотрубки имеют тенденцию собираться в «узлы» на поверхности, тем самым оставляя меньше площади для протекания реакций (которые в этой ситуации носят строго поверхностный характер). Именно внедрение органических молекул в нанотрубки позволяет добиться их структуры с необходимой степенью пористости. Физико-химические исследования полученных углеродных наноматериалов показали, что при модификации поверхности на ней остается достаточное количество атомов азота, кислорода и водорода, что улучшает свойства электрода. Электрохимические испытания литиевых аккумуляторов с электродом из нового гибридного материала показали, что он дает лучшие результаты и при необходимости обеспечения прибора большим количеством энергии в короткий промежуток времени, и для работы с низким энергопотреблением в течение длительного времени. Отдача энергии на единицу массы нового электродного материала была в пять раз выше, чем для обычных батареек, а общее количество энергии – в 10 раз больше. Хорошие результаты определяются высокой эффективностью накопления лития на поверхности нанотрубок. Другим преимуществом таких электродов является высокая стабильность и низкая скорость старения. После тысячи циклов зарядки и разрядки тестового аккумулятора не наблюдалось заметного ухудшения его характеристик. Толщина пленки электрода всего несколько микрометров, и улучшения в энергоснабжении видны только при высоких уровнях выходной мощности. В будущем ученые планируют разработать более толстые электродные пленки, которые бы работали и на меньших уровнях выхода. Тем не менее уже в текущем виде электроды из углеродных нанотрубок можно использовать в небольших переносных электронных устройствах. А вот «утолщенные» электроды (толщиной хотя бы в сотни микрометров) уже смогут питать более крупные приборы, например, гибридные автомобили. Еще один недостаток – в текущем методе производства электродов. Поочередное погружение подложки в растворы нанотрубок – довольно длительный процесс. Однако в лаборатории руководителя работы профессора Полы Хаммонд разрабатывают альтернативную технологию – напыление слоев на движущуюся ленту исходного материала. Этот процесс можно проводить непрерывно в режиме промышленного производства, а также производства более толстых пленок с большей емкостью. «Никаких естественных пределов для таких аккумуляторов нет. Пока нас ограничивает время нанесения одного слоя на подложку», – отметила она. Технология напыления обещает увеличить скорость процесса в 100 раз по сравнению с технологией «погружения». Сейчас нанотрубки производятся в ограниченных количествах, однако ряд компаний уже готовятся к массовому производству этого материала, что также позволит упростить коммерческое внедрение новых батареек.

Тэги:

Комментарии

Выбор редакции
Призовой конкурс от газеты «Фраза» и «Парка Киевская Русь»
Призовой конкурс от газеты «Фраза» и «Парка Киевская Русь»
Призовой конкурс от газеты «Фраза» и «Парка Киевская Русь»
Призовой конкурс от газеты «Фраза» и «Парка Киевская Русь»
Почему нам не дают возможности выбрать самим: вакцинироваться русской вакциной или нет?
Почему нам не дают возможности выбрать самим: вакцинироваться русской вакциной или нет?
Педофил из Львова насиловал девочек под прикрытием католической церкви
Педофил из Львова насиловал девочек под прикрытием католической церкви
Шариковское восхождение Тихановской
Шариковское восхождение Тихановской
Русскоязычных книг в Украине станет больше. Читатели требуют
Русскоязычных книг в Украине станет больше. Читатели требуют
Дискриминационный закон о языке можно смело не выполнять
Дискриминационный закон о языке можно смело не выполнять
ТОП 8 сериалов про тайные общества
ТОП 8 сериалов про тайные общества
fraza.com
В столичной больнице пациент разбил врачу голову железным стулом
В столичной больнице пациент разбил врачу голову железным стулом
В столичной больнице пациент разбил врачу голову железным стулом
В столичной больнице пациент разбил врачу голову железным стулом
С Трампом произошел пикантный конфуз во время митинга
С Трампом произошел пикантный конфуз во время митинга
В киевской больнице произошел загадочный трагический случай
В киевской больнице произошел загадочный трагический случай
В Луцке археологи раскопали неизвестные ранее подземелья
В Луцке археологи раскопали неизвестные ранее подземелья
Появилось эпичное видео, как кот спас ребенка от злой собаки
Появилось эпичное видео, как кот спас ребенка от злой собаки
В Днепре водителю маршрутки стало плохо во время движения. Автобус с пассажирами влетел в столб
В Днепре водителю маршрутки стало плохо во время движения. Автобус с пассажирами влетел в столб
В Минздраве озвучили четыре уровня развития пандемии коронавируса в Украине
В Минздраве озвучили четыре уровня развития пандемии коронавируса в Украине
Появилось видео пожара на заводе под Одессой
Появилось видео пожара на заводе под Одессой
В киевском парке задержали мужчину, который преследовал двух девушек
В киевском парке задержали мужчину, который преследовал двух девушек
Американцы показали оружие, которое может «достать до Москвы»
Американцы показали оружие, которое может «достать до Москвы»
fraza.com

Опрос

За какую партию вы проголосуете на местных выборах?