Elektrizující výzkum vědců clemsonské univerzity by mohl vést k vytvoření lehčích a rychleji nabíjejících baterií vhodných pro napájení skafandru nebo dokonce vozítka Mars.
Výzkum, který byl financován NASA, byl nedávno hlášen v článku s názvem "Trojrozměrný Si Anodes s rychlou difúzí, vysokou kapacitou, vysokou schopností a dlouhým cyklem", který se objevil v časopise American Chemical Society Applied Materials and Interfaces. Mezi její autory patří Shailendra Chiluwal, Nawraj Sapkota, Apparao M. Rao a Ramakrishna Podila, z nichž všichni jsou součástí Clemson Nanomaterials Institute (CNI).
Podila, odborný asistent na katedře fyziky a astronomie Na vysoké škole vědy, řekl, že revoluční nové baterie by mohly být brzy použity v amerických satelitech.
"Většina satelitů hlavně získat svou sílu ze slunce," řekl Podila. "Ale satelity musí být schopny ukládat energii, když jsou ve stínu Země. Musíme baterie udělat co nejlehčí, protože čím více satelit váží, tím více stojí jeho mise."
Podila řekl, že pochopit skupiny průlomy, můžete vizualizovat grafitovou anodu v lithium-iontové baterie jako balíček karet, vytvářil každá karta představuje vrstvu grafitu, který se používá k ukládání nabití, dokud je potřeba elektřina. Problém, řekl Podila, je, že "grafit nemůže ukládat mnoho nábojů."
Clemsonův tým se rozhodl pracovat s křemíkem, který může zabalit více náboje, což znamená, že více energie může být uloženo v lehčích buňkách. Zatímco vědci již dlouho oceňují vysokou kapacitu křemíku pro skladování elektrického masa, tento materiál se rozpadá na menší kusy, protože se nabíjí a vybíjí.
Řešení, se kterým tým přišel, zahrnuje použití drobných křemíkových "nanosized" částic, které zvyšují stabilitu a poskytují delší životnost cyklu. Spíše než balíček karet z grafitu, nové baterie používá vrstvy uhlíkové nanotrubice materiálu zvaného Buckypaper, s křemíkovými nanočásticemi vloženými mezi nimi.
S tímhle druhem vnitřního obalu, i když se částice křemíku rozpadají, jsou "stále v sendviči," řekla Podila.
"Volně stojící listy uhlíkových nanotrubiček udržují křemíkové nanočástice elektricky propojené," řekla Shailendra Chiluwalová, postgraduální studentka CNI a první autorka studie.
"Tyto nanotrubičky tvoří kvazi-trojrozměrnou strukturu, drží křemíkové nanočástice pohromadě i po 500 cyklech a zmírňují elektrický odpor vyplývající z lámání nanočástic."
Použití baterií vyrobených z křemíku a dalších nanomateriálů nejen zvyšuje kapacitu, ale také umožňuje nabíjení baterií při vyšším proudu, což znamená rychlejší nabíjení. Jak každý, jehož mobilní telefon někdy zemřel uprostřed telefonního hovoru ví, je to důležitá funkce pro technologii baterie.
Rychlejší nabíjení je možné, protože nové baterie také používají nanotrubičky jako vyrovnávací mechanismus, který umožňuje nabíjení čtyřikrát rychleji, než je v současné době možné.
Lehčí baterie, které se nabíjejí rychleji a nabízejí výrazně vyšší účinnost, budou přínosem nejen pro astronauty, kteří nosí obleky poháněné bateriemi, ale také pro vědce a inženýry, kteří musí dostat astronauty na místo určení.
"Křemík jako anoda v lithium-iontové baterii představuje 'svatý grál' pro výzkumné pracovníky v této oblasti," řekl Rao, ředitel CNI a hlavní vyšetřovatel grantu NASA. Rao také řekl, že nové baterie brzy najdou cestu do elektrických vozidel.
"Naším dalším cílem je spolupracovat s průmyslovými partnery přeložit tuto laboratorní technologii na trh," řekl Podila, odpovídající autor studie a co-vyšetřovatel na grant NASA. "Jsme vděčni NASA a Jižní Karolíně EPSCoR za udělení ocenění k provedení takových projektů, které budou mít trvalý dopad na vesmírné mise a globální energetické krajiny."
