Гадаргуугаар ажилладаг батерей нь цахилгаан тээврийн хэрэгслийн цэнэглэх хугацааг хэдхэн минут болгож чадна

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Leverancier van draagbare energiecentrales

Гадаргуугаар ажилладаг батерейнд үзүүлсэн шиг суперконденсатор ба батерейг харьцуулж үзээрэй, өндөр эрчим хүчний нягтрал, эрчим хүчний өндөр нягтралтай гурван өөр электродын зузаантай. Эх сурвалж: Америкийн химийн нийгэмлэг хаана байна, энэ нь батерейны технологийн дэвшилтэй адил боловч энэ нь батерей биш юм. Nanotekinstruments, Inc.

болон түүний охин компаниуд болох Angstronmaterials, Inc. Электрод дахь олон тооны литийн ионуудын хурдацтай явалтаас хамааран эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжийг зохион бүтээхэд ашигладаг шинэ тодорхойлолтыг боловсруулсан бөгөөд энэ электрод нь том графен гадаргуутай. Энэхүү эрчим хүч хадгалах төхөөрөмж нь цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд маш их ач тустай бөгөөд цэнэглэх хугацааг нэг минутаас богиносгодог.

Бусад хэрэглээнд сэргээгдэх эрчим хүчний хуримтлал (жишээ нь, нар, салхины эрчим хүчийг хадгалах) болон ухаалаг сүлжээ багтаж болно. Судлаачдын хэлснээр энэхүү шинэ төхөөрөмж нь графены гадаргуугийн үйл ажиллагаанд зориулагдсан лити ион солилцооны батерей буюу энгийнээр хэлбэл гадаргуугийн зуучлалын батерей (SMCS: Surface-Mediatedcells) юм. Хэдийгээр одоогийн тоног төхөөрөмж нь нээгдээгүй материал, бүтцийг ашиглаж байгаа ч тэдгээр нь лити-ион батерей болон суперконденсаторыг аль хэдийн давж чаддаг.

Энэхүү шинэ төхөөрөмж нь нэг киловатт батерейг 100 киловатт эрчим хүчээр хангах боломжтой бөгөөд энэ нь арилжааны лити-ион батерейгаас 100 дахин, суперконденсатороос 10 дахин их юм. Эрчим хүчний нягтрал их байх тусам эрчим хүч дамжуулах хурд илүү хурдан болно (цэнэглэх хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой). Нэмж дурдахад энэхүү шинэ батерей нь нэг кг батерейнд 160 ватт эрчим хүчний нягтыг хадгалах чадвартай бөгөөд үүнийг арилжааны лити-ион батерейтай харьцуулж болохуйц, уламжлалт суперконденсатороос 30 дахин их юм.

Эрчим хүчний нягтрал их байх тусам илүү их энерги хуримтлагдаж, илүү их энерги хуримтлагддаг (цахилгаан тээврийн хэрэгслийн жолоодлогын миль илүү урт байдаг). Тоног төхөөрөмжийн жин ижил байвал одоогийн гадарга дээр ажилладаг батерей болон лити-ион батерейг цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд ашиглаж болох ба Nano Instrument and Angerstron Materials компанийн үүсгэн байгуулагч Жян Бауз (Borz.jang) Манай гадаргуугаар ажилладаг батерей нь одоогийн лити-ион батерейтай төстэй бөгөөд эрчим хүчийг улам сайжруулж чадна гэж хэлсэн.

Гэсэн хэдий ч, зарчмын хувьд, цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд ашигладаг лити-ион батерейны нэгэн адил гадаргуугаар ажилладаг батерейг хэдэн цагийн дотор (нэг минутаас багагүй байж болно) цэнэглэдэг. Jiang Bauldz болон түүний хамтрагч Нанотехнологийн хэрэгсэл ХХК.

болон Angersmia Material Company нь хамгийн сүүлийн үеийн "Nano Express" (Nanoletters) сэтгүүлд нийтлэгдсэн шинэ үеийн эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжийн судалгаа болох энэхүү судалгааг нийтлэв. Хоёр компани наноматериалыг арилжаалах чиглэлээр мэргэшсэн Angerstrong бол дэлхийн хамгийн том нано боржин чулуу (NGPS: Nanographeneplatelets) үйлдвэрлэгч юм. Судлаачид судалгаандаа тайлбарлаж байгаачлан эрчим хүчний хадгалалт, батерей, суперконденсатор зэрэгт өөрсдийн давуу болон сул талууд бий.

Хэдийгээр лити-ион батерейны эрчим хүчний нягтрал (120-150 ватт / кг) нь суперконденсатор (5 ватт / кг) -аас хамаагүй өндөр боловч энэ зай нь бага эрчим хүчний нягтралтай (1 кВт / кг зай) , 10 кВт / кг зайтай харьцуулах). Олон судалгааны баг лити-ион батерейны эрчим хүчний нягтралыг нэмэгдүүлэх, суперконденсаторын эрчим хүчний нягтралыг сайжруулахаар хүчин чармайлт гаргасан боловч эдгээр хоёр салбарт томоохон сорилтууд байсаар байна. Шинэ хүрээ нийлүүлэгдсэн тул үүнийг эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжид ашиглах боломжтой тул гадаргуугаар ажилладаг энэхүү зай нь судлаачдад эдгээр сорилтыг даван туулах боломжийг олгодог.

Лити-ион батерей болон суперконденсаторын гүйцэтгэлийн зөрүүг багасгаж, эрчим хүч хадгалах энэхүү шинэ төхөөрөмжийг бүтээнэ гэж Зян Бауз хэлэв. Хамгийн чухал нь эрчим хүч хадгалах төхөөрөмж үйлдвэрлэх цоо шинэ бүтэц нь судлаачдад эрчим хүчний өндөр нягтралыг бий болгох боломжийг олгодог, гэхдээ бас өндөр эрчим хүчний нягтралыг бие биенийхээ төлөө золиослохгүйгээр хийх боломжийг олгодог. Гадаргуугаар ажилладаг батерейны электрод нь том гадаргуутай тул их хэмжээний ионууд хурдан хөдөлж, хурдан цэнэглэгддэг.

Эх сурвалж: Америкийн химийн батерейны гадаргуугийн зуучлалын гол түлхүүр нь катод ба анод нь маш том графен гадаргууг агуулдаг. Батерейг үйлдвэрлэхдээ судлаачид анод дотор литийн метал (бөөмс эсвэл металл тугалган цаас хэлбэрээр) хийдэг. Эхний цэнэгийн мөчлөгт литийг ионжуулж, литийн ионуудын тоо литийн ион батерейгаас илүү ихийг авчирдаг.

Батерейг ашиглах үед эдгээр ионууд шингэн электролитээр дамжин катод руу шилжиж, катодын том графены гадаргууд хүрэхийн тулд катодын нүх рүү шилждэг. Цэнэглэх явцад их хэмжээний литийн ионы урсгал нь катодоос анод руу хурдан шилждэг. Маш том электродын гадаргуугийн талбай, ингэснээр их хэмжээний ионууд хурдан дамждаг, өндөр хүч, эрчим хүчний нягтралтай.

Судлаачид сүвэрхэг электродын гадаргуу (батарей дахь батерей шиг блок электрод гэхээсээ илүү) нь суулгах явцад цаг хугацаа шаарддаггүй гэж тайлбарлав. Энэ процессын явцад литийн ионуудыг электродуудын хооронд оруулах шаардлагатай бөгөөд энэ нь зайг цэнэглэх чухал хугацааг бүрдүүлдэг. Энэхүү судалгаанд судлаачид олон тооны өөр өөр төрлийн графит ашигласан боловч өөр өөр төрлийн графен (исэлдсэн, бууруулсан нэг давхарга, олон давхаргат графен) бэлтгэсэн боловч энэ төхөөрөмжийг оновчтой болгохын тулд эдгээр материал, тохиргоонд илүү дүн шинжилгээ хийсэн.

Нэг талаас судлаачид энэхүү батерейны ашиглалтын хугацааг цаашид судлахаар төлөвлөж байна. Одоогийн байдлаар эдгээр төхөөрөмжүүд нь 1000 циклийн дараа ч 95%-ийн хүчин чадлыг хадгалж чаддаг болохыг тэд олж тогтоосон бөгөөд 2000 циклийн дараа ч дендритийн шинж тэмдэг байхгүй хэвээр байна. Судлаачид мөн тоног төхөөрөмжийн гүйцэтгэлтэй холбоотой өөр өөр лити хадгалах механизмуудыг хэлэлцэхээр төлөвлөж байна.

Гадаргуугаар дамждаг батерейны технологийг арилжаанд оруулахад томоохон саад бэрхшээл гарахгүй гэж бид тооцоолж байна гэж Зян Бауз хэлэв. Хэдийгээр одоогийн графен өндөр үнээр зарагдаж байгаа ч Angerstron Materials компани графены үйлдвэрлэлийн хүчийг идэвхтэй өргөжүүлж байна. Ойрын 1-3 жилд бал чулууны үйлдвэрлэлийн өртөг мэдэгдэхүйц буурах төлөвтэй байна.