Kornelio universiteto tyrinėtojų komanda, vadovaujama Medžiagos mokslo ir inžinerijos katedros inžinerijos profesoriaus Spencerio T. Olino Ulricho Wiesnerio, sprendžia akumuliatoriaus, galinčio greitai žaibiškai įkrauti, paklausą.
Šios technologijos idėja: „Užuot turėję akumuliatorių anodą ir katodą abiejose nelaidaus separatoriaus pusėse, persipinkite komponentus į savaime susidedančią 3D giroskopinę struktūrą su tūkstančiais nanodalelių porų, užpildytų energijai reikalingais komponentais. sandėliavimas ir pristatymas “.
„Tai išties revoliucinė akumuliatoriaus architektūra“, - sakė Wiesneris, kurio grupės pranešimas „Blokinio kopolimero išvestas 3-D tarpusavyje prasiskverbiantis daugiafunkcis giroidinis nanohibridas elektros energijos saugojimui “ buvo paskelbtas gegužės 16 d. Karališkosios draugijos leidinyje „Energy and Environmental Science“. chemijos.
„Ši erdvinė architektūra iš esmės pašalina visus nuostolius dėl negyvo jūsų įrenginio tūrio“, - sakė Wiesneris. „Dar svarbiau yra tai, kad sumažinę šių tarpusavyje besidriekiančių domenų matmenis iki nano skalės, kaip mes padarėme, gausite didesnėmis eilėmis didesnį galios tankį. Kitaip tariant, prie energijos galite prisijungti kur kas trumpiau, nei paprastai daroma naudojant įprastą akumuliatoriaus architektūrą “.
Kaip greitai tai vyksta? Wiesneris teigė, kad dėl to, kad akumuliatoriaus elementų matmenys susitraukė iki nanometrinės skalės, „kai tik įvesite kabelį į lizdą, per kelias sekundes, galbūt net greičiau, baterija bus įkrauta“.
Ši 3D baterijos koncepcija pagrįsta savaiminiu blokinio kopolimero surinkimu, kurį jie naudojo kituose elektroniniuose prietaisuose, įskaitant giroidalinį saulės elementą ir giroidinį superlaidininką. Pagrindinis šio darbo autorius Joergas Werneris eksperimentavo su savaime besirenkančiomis filtravimo membranomis ir domėjosi, ar šį principą būtų galima pritaikyti anglies medžiagoms energijai kaupti.
Gydomosios plonos anglies plėvelės - akumuliatoriaus anodas, sukurtas savaiminio blokinio kopolimero surinkimo būdu - pasižymėjo tūkstančiais periodiškų porų, kurių plotis buvo maždaug 40 nanometrų. Toliau dengiant šias poras 10 nanometrų storio, kuris yra izoliuotas elektroniniu būdu, bet jonus laidus separatorius, buvo padengta elektropolimerizacijos būdu, o tai dėl paties proceso pobūdžio sukuria atskyrimo sluoksnį be skylių. Visiškai šie defektai, pvz., Skylės separatoriuje, gali sukelti katastrofišką gedimą, dėl kurio gali kilti gaisras mobiliuosiuose įrenginiuose, tokiuose kaip mobilieji telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai.
Pereinama prie antrojo žingsnio, kuris yra katodo medžiagos papildymas. Tokiu atveju įpilkite sieros atitinkamu kiekiu, kuris ne visai užpildo likusias poras. Bet siera gali priimti elektronus, bet neveda elektros. Paskutinis žingsnis yra užpildymas elektronu laidžiu polimeru, žinomu kaip PEDOT (poli).
Nors ši architektūra yra koncepcijos įrodymas, Wiesnerio teigimu, tai nėra be iššūkių. Garsumo pokyčiai iškraunant ir įkraunant akumuliatorių, palaipsniui blogina PEDOT įkrovimo kolektorių, kuris nepatiria sieros tūrio.
„Kai siera išsiplečia, - sakė Wiesneris, - jūs turite šiuos mažus polimero gabalėlius, kurie išsiskleidžia, ir tada vėl nesusijungia, kai vėl susitraukia. Tai reiškia, kad yra 3D baterijos dalių, prie kurių jūs negalite prieiti “.
Komanda vis dar bando tobulinti techniką, tačiau kreipėsi į paciento apsaugą, atlikdama koncepcijos įrodymą. Darbą rėmė CORNELL energetikos medžiagų centras, finansavo JAV Energetikos departamentas ir Nacionalinis mokslo fondas.