Studie het 'n manier ontdek om batterye wat ons elke dag gebruik om meer veerkragtig, kragtig en veilig te maak.
Die jaar is 2018 en ons alledaagse lewe word nou aangevuur deur verskillende toestelle wat óf aanloop elektrisiteit of op batterye. Ons afhanklikheid van battery-aangedrewe toestelle en toestelle neem fenomenaal toe. A battery is 'n toestel wat chemiese energie stoor wat in elektrisiteit omgeskakel word. Batterye is soos mini-chemiese reaktors met reaksie wat elektrone vol energie produseer wat deur die eksterne toestel vloei. Of dit nou selfone of skootrekenaars of ander selfs elektriese voertuie is, batterye – gewoonlik litium-ioon – is die hoofkragbron vir hierdie tegnologieë. Soos tegnologie aanhou vorder, is daar voortdurende vraag na meer kompakte, hoë kapasiteit en veilige herlaaibare batterye.
Batterye het 'n lang en glorieryke geskiedenis. Die Amerikaanse wetenskaplike Benjamin Franklin het die term "battery" die eerste keer in 1749 gebruik terwyl hy eksperimente met elektrisiteit uitgevoer het deur 'n stel gekoppelde kapasitors te gebruik. Die Italiaanse fisikus Alessandro Volta het die eerste battery in 1800 uitgevind toe skyfies van koper (Cu) en sink (Zn) geskei is deur 'n lap wat in soutwater geweek is. Die loodsuurbattery, een van die duursaamste en oudste herlaaibare batterye, is in 1859 uitgevind en word selfs vandag nog in baie toestelle gebruik, insluitend binnebrandenjin in voertuie.
Batterye het 'n lang pad gekom en vandag kom hulle in 'n reeks groottes van groot Megawatt-groottes, so in teorie kan hulle krag van sonkragplase stoor en ministede verlig of hulle kan so klein wees soos dié wat in elektroniese horlosies gebruik word. , wonderlik is dit nie. In 'n wat 'n primêre battery genoem word, is reaksie wat die vloei van elektrone produseer onomkeerbaar en uiteindelik wanneer een van sy reaktante verbruik word, raak die battery pap of sterf. Die mees algemene primêre battery is die sink-koolstof battery. Hierdie primêre batterye was 'n groot probleem en die enigste manier om die wegdoen van sulke batterye aan te pak, was om 'n metode te vind waarin hulle hergebruik kon word - wat beteken deur hulle herlaaibaar te maak. Die vervanging van batterye met nuwe een was natuurlik onprakties en dus het die batterye meer geword kragtige en groot het dit bykans onmoontlik geword om nie eens te praat van nogal duur om hulle te vervang en van hulle weg te gooi nie.
Nikkel-kadmium battery (NiCd) was die eerste gewilde herlaaibare batterye wat 'n alkali as 'n elektroliet gebruik het. In 1989 is nikkel-metaal-waterstofbatterye (NiMH) ontwikkel met 'n langer lewensduur as NiCd-batterye. Hulle het egter 'n paar nadele gehad, hoofsaaklik dat hulle baie sensitief was vir oorlaai en oorverhitting, veral wanneer hulle gehef is, sê tot hul maksimum koers. Daarom moes hulle stadig en versigtig gelaai word om enige skade te vermy en het langer tye vereis om deur eenvoudiger laaiers gelaai te word.
Litium-ioonbatterye (LIB's) wat in 1980 uitgevind is, is die mees gebruikte batterye in verbruikers elektroniese toestelle vandag. Litium is een van die ligste elemente en dit het een van die grootste elektrochemiese potensiale, daarom is hierdie kombinasie ideaal vir die maak van batterye. In LIB's beweeg litiumione tussen verskillende elektrodes deur 'n elektroliet wat van sout en organiese oplosmiddels (in die meeste tradisionele LIB's). Teoreties is litiummetaal die mees elektries positiewe metaal met baie hoë kapasiteit en is dit die beste moontlike keuse vir batterye. Wanneer LIB's te min herlaai, word die positief gelaaide litiumioon litiummetaal. Dus, LIB's is die gewildste herlaaibare batterye vir gebruik in alle soorte draagbare toestelle as gevolg van hul lang lewe en hoë kapasiteit. Een groot probleem is egter dat die elektroliet maklik kan verdamp, wat 'n kortsluiting in die battery veroorsaak en dit kan 'n brandgevaar inhou. In die praktyk is LIB's werklik onstabiel en ondoeltreffend aangesien die litium-disposisies met verloop van tyd nie-eenvormig word. LIB's het ook lae laai- en ontladingstempo's en veiligheidskwessies maak hulle onlewensvatbaar vir baie hoëkrag- en hoëkapasiteitmasjiene, byvoorbeeld elektriese en hibriede elektriese voertuie. Daar word gerapporteer dat LIB by baie seldsame geleenthede goeie kapasiteit en retensiekoerse toon.
Dus, alles is nie perfek in die wêreld van batterye nie, aangesien baie batterye die afgelope paar jaar as onveilig gemerk is omdat hulle aan die brand slaan, onbetroubaar en soms ondoeltreffend is. Wetenskaplikes wêreldwyd is op soek na die bou van batterye wat klein, veilig herlaaibaar, ligter, veerkragtiger en terselfdertyd kragtiger sal wees. Daarom het die fokus verskuif na vastestof elektroliete as die potensiële alternatief. Om dit as die doel te hou, is baie opsies deur wetenskaplikes probeer, maar stabiliteit en skaalbaarheid was 'n struikelblok van die meeste van die studies. Polimeerelektroliete het groot potensiaal getoon omdat hulle nie net stabiel is nie, maar ook buigsaam en ook goedkoop is. Ongelukkig is die hoofprobleem met sulke polimeerelektroliete hul swak geleidingsvermoë en meganiese eienskappe.
In 'n onlangse studie gepubliseer in ACS Nano-briewe, navorsers het getoon dat 'n battery se veiligheid en selfs baie ander eienskappe verbeter kan word deur nanodrade daarby te voeg, wat die battery beter maak. Hierdie span navorsers van College of Materials Science and Engineering, Zhejiang Universiteit van Tegnologie, China het voortgebou op hul vorige navorsing waar hulle magnesiumboraat nanodrade gemaak het wat goeie meganiese eienskappe en geleidingsvermoë getoon het. In die huidige studie het hulle gekyk of dit ook waar sou wees vir batterye wanneer dit so is nanodrade word by 'n vastestof polimeerelektroliet gevoeg. Vastetoestand elektroliet is gemeng met 5, 10, 15 en 20 gewig magnesiumboraat nanodrade. Daar is gesien dat die nanodrade die geleidingsvermoë van die vastestof polimeerelektroliet verhoog het wat die batterye stewiger en veerkragtiger gemaak het in vergelyking met vroeër sonder nanodrade. Hierdie toename in geleidingsvermoë was as gevolg van die toename in die aantal ione wat deur die elektroliet beweeg en teen 'n baie vinniger tempo beweeg. Die hele opstelling was soos 'n battery, maar met bygevoegde nanodrade. Dit het 'n hoër werkverrigting en verhoogde siklusse getoon in vergelyking met normale batterye. ’n Belangrike toets van ontvlambaarheid is ook uitgevoer en daar is gesien dat die battery nie brand nie. Die wyd gebruikte draagbare toepassings van vandag soos selfone en skootrekenaars moet opgegradeer word met maksimum en mees kompakte gestoor energie. Dit verhoog natuurlik die risiko van gewelddadige ontlading en dit is hanteerbaar vir sulke toestelle vanweë die klein formaat van batterye wat nodig is. Maar aangesien groter toepassings van batterye ontwerp en beproef word, is veiligheid, duursaamheid en krag uiters belangrik.
***
Bronne)
Sheng O et al. 2018. Mg2B2O5 Nanodraad-geaktiveerde multifunksionele vaste-toestand elektroliete met hoë ioniese geleidingsvermoë, uitstekende meganiese eienskappe en vlamvertragende werkverrigting. Nano Letters. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
***
