Elektrifiserende forskning av forskere fra Clemson University kan føre til opprettelsen av lettere, hurtigladende batterier som er egnet for å drive en romdrakt, eller til og med en Mars-rover.
Forskningen, som ble finansiert av NASA, ble nylig rapportert i en artikkel med tittelen" Three-Dimensional Si Anodes with Fast Diffusion, High Capacity, High Rate Capability, and Long Cycle Life" som dukket opp i American Chemical Society journal Applied Materials and Interfaces. Forfatterne inkluderer Shailendra Chiluwal, Nawraj Sapkota, Apparao M. Rao og Ramakrishna Podila, som alle er en del av Clemson Nanomaterials Institute (CNI).
Podila, en assisterende professor ved College of Science' s avdeling for fysikk og astronomi, sa at de revolusjonerende nye batteriene snart kunne brukes i amerikanske satellitter.
GG quot; De fleste satellitter får hovedsakelig sin kraft fra solen," Sa Podila." Men satellittene må kunne lagre energi til når de er i jordens' s skygge. Vi må gjøre batteriene så lette som mulig, fordi jo mer satellitten veier, jo mer koster oppdraget."
Podila sa at for å forstå gruppens&# 39s gjennombrudd, kan du visualisere grafittanoden i et litiumionbatteri som en kortstokk, hvor hvert kort representerer et lag grafitt som brukes til å lagre ladningen til strøm er behov for. Problemet, sa Podila, er at" grafitt ikke kan lagre mye ladning."
Clemson-teamet valgte å jobbe med silisium, som kan pakke mer ladning, noe som betyr at mer energi kan lagres i lettere celler. Mens forskere lenge har verdsatt den høye kapasiteten til silisium for elektrisk lagring, brytes dette materialet i mindre biter når det lades og tømmes.
Løsningen teamet kom på innebærer bruk av bittesmå GG-silisium; GG-nanostørrelse; partikler som øker stabiliteten og gir lengre livslengde. I stedet for et kort kort laget av grafitt, bruker de nye batteriene lag av et karbon-nanorørmateriale som heter Buckypaper, med silisium-nanopartiklene klemt inn imellom.
Med den typen intern emballasje, selv om silisiumpartiklene går i stykker, er de&", fortsatt i sandwichen, GG". Sa Podila.
GG quot; De frittstående arkene av karbonnanorør holder silisiumnanopartiklene elektrisk forbundet med hverandre," sa Shailendra Chiluwal, en kandidatstudent ved CNI og den første forfatteren på studien.
GG quot; Disse nanorørene danner en kvasi-tredimensjonal struktur, holder silisiumnanopartikler sammen selv etter 500 sykluser, og demper elektrisk motstand som oppstår ved brudd på nanopartikler."
Bruk av batterier laget av silisium og andre nanomaterialer øker ikke bare kapasiteten, det gir også mulighet for å lade batterier med høyere strøm, noe som betyr raskere ladetider. Som alle som har mobiltelefon noensinne har dødd midt i en telefonsamtale vet, er dette en viktig funksjon for batteriteknologi.
Jo raskere lading er mulig fordi de nye batteriene også bruker nanorør som en buffermekanisme som muliggjør lading med en hastighet fire ganger raskere enn det som for øyeblikket er mulig.
Lysere batterier som lades raskere og gir sterkt økt effektivitet, vil ikke bare være en velsignelse for astronauter som bruker batteridrevne drakter, men også for forskerne og ingeniørene som må få astronautene til sine destinasjoner.
GG quot; Silisium som anode i et litiumionbatteri representerer' Holy Grail' for forskere innen dette feltet," sa Rao, CNI' s direktør og hovedetterforsker på NASA-tilskuddet. Rao sa også at de nye batteriene snart vil finne veien inn i elektriske kjøretøyer.
GG quot; Vårt neste mål er å samarbeide med industrielle partnere for å oversette denne laboratoriebaserte teknologien til markedet," sa Podila, tilsvarende forfatter av studien og en medetterforsker om NASA-tilskuddet." Vi er takknemlige for NASA og South Carolina EPSCoR for å gi en pris for å gjennomføre slike prosjekter som vil ha varig innvirkning på romoppdrag og det globale energilandskapet."
