הסוללה המתווכת על פני השטח יכולה להפוך את זמן טעינת הרכב החשמלי למספר דקות בלבד

Auctor Iflowpower - Portable Power Station supplementum

השווה קבלי-על וסוללות, כפי שמוצג בסוללה המתווכת על פני השטח בעלת שלושה עובי אלקטרודה שונים, הן צפיפות הספק גבוהה והן צפיפות אנרגיה גבוהה. מקור: איפה האגודה האמריקאית לכימיה, זה כמו פריצת דרך בטכנולוגיית סוללה, אבל זה לא סוללה. Nanotekinstruments, Inc.

וחברות הבת שלה, Angstronmaterials, Inc. של Ohton, שפותח מפרט חדש, המשמש לתכנון ציוד לאחסון אנרגיה, בהתאם למעבורת המהירה של מספר רב של יוני ליתיום באלקטרודה, לאלקטרודה זו יש משטח גרפן גדול. התקן אחסון אנרגיה זה יכול להיות שימושי מאוד עבור כלי רכב חשמליים, אשר יכול להפחית את זמן הטעינה, מקוצר מפחות מדקה משעות.

יישומים אחרים עשויים לכלול אחסון אנרגיה מתחדשת (למשל, אחסון אנרגיית שמש ורוח) ורשתות חכמות. החוקרים אמרו שהמכשיר החדש הזה הוא סוללת ליתיום חילופי יונים לתפקוד משטחי גרפן, או יותר פשוט, סוללה מתווך על פני השטח (SMCS: Surface-Mediatedcells). למרות שהציוד הנוכחי משתמש בחומרים ובמבנים שלא נפתחו, הם כבר יכולים לחרוג מסוללות ליתיום-יון ומקבלי-על.

המכשיר החדש הזה יכול לספק 100 קילוואט לקילווואט סוללה, פי 100 יותר מאשר סוללות ליתיום-יון מסחריות, פי 10 יותר מאשר קבלי-על. ככל שצפיפות ההספק גבוהה יותר, כך מהירות העברת האנרגיה מהירה יותר (יכולה לגרום למהירות טעינה מהירה יותר). בנוסף, סוללה חדשה זו יכולה לאחסן את צפיפות האנרגיה של 160 וואט לק"ג סוללה, אשר דומה לסוללת הליתיום-יון הממוסחרת, גבוהה פי 30 מקבל-העל המסורתי.

ככל שצפיפות האנרגיה גדולה יותר, ניתן לאגור יותר אנרגיה, כך נאגרת יותר אנרגיה (עם קילומטראז&39; נסיעה ארוך יותר של כלי רכב חשמליים). אם יש משקל ציוד זהה, ניתן להשתמש בסוללת השטח הנוכחית ובסוללות הליתיום-יון עבור כלי רכב חשמליים, והמייסד של Nano Instrument and Angerstron Materials Company, המייסד המשותף Jiang Bauz (Borz.jang) נאמר שהסוללה המתווכת על פני השטח שלנו דומה לסוללת הליתיום-יון הנוכחית, יכולה להגדיל עוד יותר את צפיפות האנרגיה, כך שהיא יכולה גם לשפר את האנרגיה.

עם זאת, באופן עקרוני, ניתן להטעין סוללות מתווכות פני השטח תוך דקות ספורות (לא פחות מדקה אחת), ולא שעות, בדיוק כמו סוללת הליתיום-יון המשמשת בכלי רכב חשמליים. Jiang Bauldz ושותפו בחברת Nanotechnology Instrument Co., Ltd.

וחברת Angersmia Material פרסמו את המחקר הזה, שהוא המחקר של ציוד אחסון אנרגיה מהדור הבא, שפורסם ב"ננו אקספרס" האחרון (Nanoletters). שתי החברות מתמחות במסחור של ננו-חומרים, אנג&39;סטרונג היא יצרנית הננו-גרניט (NGPS: Nanographeneplatelets) הגדולה בעולם. בדיוק כפי שהחוקרים מסבירים במחקר שלהם, יש יתרונות וחולשות משלהם באחסון אנרגיה, בסוללות ובקבלי-על.

למרות שצפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום יון (120-150 וואט/ק"ג) גבוהה בהרבה מקבל העל (5 וואט/ק"ג), לסוללה זו יש צפיפות הספק נמוכה (1 קילוואט/ק"ג סוללה), השווה סוללה של 10 קילוואט/ק"ג). צוותי מחקר רבים עשו מאמצים להוסיף את צפיפות ההספק של סוללת הליתיום-יון, לשפר את צפיפות האנרגיה של קבל העל, אך לשני התחומים הללו עדיין יש אתגרים גדולים. מכיוון שמסופקת מסגרת חדשה, ניתן להשתמש בה עבור התקני אחסון אנרגיה, כך שהסוללה המתווכת על פני השטח מאפשרת לחוקרים לעקוף את האתגרים הללו.

פיתחו את התקן אחסון האנרגיה החדש הזה, צמצום הפער בין הביצועים של סוללת הליתיום יון וקבל-העל, וג&39;יאנג באוז אמר. חשוב מכך, מסגרת חדשה ביסודה זו לייצור התקני אחסון אנרגיה, המאפשרת לחוקרים להשיג צפיפות אנרגיה גבוהה, אך גם צפיפות הספק גבוהה, מבלי להקריב אחד עבור השני. לאלקטרודת הסוללה המתווכת על פני השטח יש שטח פנים גדול, כך שכמות היונים הגדולה עוברת במהירות, ומביאה לזמן טעינה מהיר.

מקור: המפתח לביצועי הסוללה בתיווך פני השטח של הכימיה האמריקאית, הוא הקתודה והאנודה מכילים משטח גרפן גדול מאוד. בעת ייצור סוללות, החוקרים הכניסו לאנודה מתכת ליתיום (בצורה של חלקיקים או נייר כסף). במחזור הפריקה הראשון, הליתיום מיונן, מספר יוני הליתיום המובאים יותר מאשר בסוללת הליתיום.

כאשר נעשה שימוש בסוללה, יונים אלה נודדים אל הקתודה דרך האלקטרוליט הנוזלי, אל נקבוביות הקתודה כדי להגיע למשטח גרפן גדול בקתודה. במהלך תהליך הטעינה, כמות גדולה של שטף יוני ליתיום נודדת במהירות מהקתודה לאנודה. שטח פני אלקטרודה גדול מאוד, כך שכמות גדולה של יונים עוברת במהירות, הספק גבוה וצפיפות אנרגיה.

החוקרים הסבירו כי פני השטח של האלקטרודה הנקבוביות (ולא באלקטרודת הבלוק, כמו הסוללה בסוללה), אינם צורכים תהליך הכנסת זמן רב. במהלך תהליך זה יש להחדיר יוני ליתיום בין האלקטרודות, מה שמהווה זמן טעינת סוללה חשוב. במחקר זה, למרות שהחוקרים השתמשו במספר רב של סוגים שונים של גרפיט, הוכנו סוגים שונים של גרפן (גרפן מחומצן, מופחת חד-שכבתי ורב-שכבתי), אך החומרים והתצורות הללו נותחו עוד יותר כדי לייעל את המכשיר הזה.

מצד אחד, החוקרים מתכננים להמשיך ולחקור את חיי המחזור של הסוללה הזו. עד כה, הם מצאו שהמכשירים הללו יכולים לשמור על קיבולת של 95% לאחר 1000 מחזורים, אפילו לאחר 2000 מחזורים, עדיין אין אינדיקציה לדנדריט. החוקרים גם מתכננים לדון במנגנוני אחסון שונים של ליתיום ביחס לביצועי הציוד.

אנו מעריכים שלמסחור של טכנולוגיית הסוללה המתווכת על פני השטח לא יהיו מכשולים גדולים, וג&39;יאנג באוז אמר. למרות שהגרפן הנוכחי נמכר במחיר גבוה, חברת Angerstron Materials מרחיבה באופן פעיל את חוזק הייצור של הגרפן. צפוי כי ב-1-3 השנים הקרובות, עלות הייצור של הגרפיט תופחת משמעותית.