Электромобили стоят перед серьезными пределами в том, как далеко они могут ездить перед исчерпыванием сока. Лучшие батареи, которые могут и сохранить больше энергии и бросить ее быстро, важны для распространения того диапазона.
Теперь, исследователи в Массачусетском технологическом институте (MIT) в Кембридже придумали новую делающую батарею стратегию, держащуюся в том направлении. На данный момент новые батареи могут привести в действие только маленькие устройства.
Но если стратегия может быть сделана работать в более крупном масштабе, задача, более трудная, чем просто использование большего количества материала батареи, это могло дать производителям электромобилей толчок, в котором они нуждаются.Сегодняшние самые популярные rechargeables, литий-ионные аккумуляторы, сделаны из отрицательных и положительных электродов, отделенных электролитом, через который положительно наполненные литиевые ионы могут течь назад и вперед. В большинстве таких клеток отрицательный электрод сделан из графита, формы слоистого углерода, тогда как положительный электрод сделан из литиевого окcида кобальта или связанного материала. Во время использования литиевые ионы сохранили в потоке графита к основанному на литии электроду, где они создают химические связи с атомами кислорода, реакция, генерирующая электрический ток.
Когда батарея перезаряжается, перерыв связей литиевого кислорода и электрическое напряжение выдвигают ионы назад в графит.Исследователи долго стремились заменить графит в отрицательных электродах с углеродными нанотрубками, подобных соломе трубах углерода. Надежда состоит в том, чтобы создать более пористый материал с более высокой площадью поверхности, которая могла держаться за большее количество литиевых ионов и таким образом сделать дольше жившие батареи.Но в газете, размещенной в Интернете сегодня по своей природе Нанотехнологии, бригада MIT, во главе с материаловедом Янгом Шао-Хорном, проявила совсем другой подход: использование углеродных нанотрубок для замены основанного на окиси положительного электрода.
Обычно, литиевые ионы не связали бы с простыми углеродными нанотрубками. Таким образом, Шао-Хорн и ее коллеги украсили наружные поверхности их нанотрубок с двумя различными типами кислородсодержащих химических групп, давших им противоположные нагрузки. Они тогда опустили свои исходные материалы электрода альтернативно в растворы, содержащие противоположно заряженные нанотрубки, обязав последовательные слои труб на друг друге создать их электроды нанотрубки.
Результатом был очень пористый электрод углеродной нанотрубки с большим количеством oxygens, выставленных на поверхности, готовой связывать с литием. Подробные испытания показали, что новые батареи держат в пять раз больше энергии, чем стандартные быстро освобождающиеся от обязательств устройства, названные конденсаторами, делают, и они поставляют ту энергию в 10 раз более быстро, чем стандартные литий-ионные аккумуляторы могут.«Это – конечно, новаторская работа», говорит Рэй Богмен, химик в университете Техаса, Далласа. Богмен предостерегает, однако, что бригада MIT достигла своих лучших результатов с очень тонкими электродами.
Производительность понизилась значительно, поскольку электроды были сделаны более массивными. Поскольку более массивные электроды могут сохранить больше нагрузок, они позволяют батарее держать больше энергии. Таким образом, на данный момент гибридные батареи подойдут лучше всего для заявлений с низкими полными требованиями энергии, будут таковы как включение электронной схемы в смарт-картах, кредитных картах с электронными чипами, содержащими больше информации, чем магнитные полосы.
Для батарей, чтобы быть полезными в гибридных автомобилях или других властолюбивых заявлениях, исследователи должны будут найти способ сделать более массивные электроды, которые могут все еще переместить нагрузки быстро, Shao-рожок проекта говорит, что она продолжает работать теперь.