Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Аккумулятор можно... нарисовать?

Аккумулятор можно... нарисовать?
Исследователи из Университета Райса в Хьюстоне изобрели литий-ионный аккумулятор, который можно в буквальном смысле этого слова напылять практически на любую поверхность.


 

 

 

Перезаряжаемый элемент питания, созданный учеными в лаборатории при Университете Райса в Хьюстоне (Rice University, назван в честь своего основателя Уильяма Марша Райса), состоит из напыляемых слоев, каждый из которых представляет собой определенный компонент обычного аккумулятора. Исследование опубликовано в онлайн-журнале Scientific Reports (портал Nature.com).

«Этот означает, что мы переходим от аккумуляторов с традиционной компоновкой к совершенно новым видам элементов питания, которые открывают огромные возможности для дизайна электронных устройств будущего», - поясняет суть изобретения профессор механической инженерии, материаловедения и химии Пуликел Аджаян (Pulickel Ajayan), специалист по новым материалам. «В последние годы в высокотехнологичной индустрии возникла насущная потребность в принципиально новых, легко адаптируемых форм-факторах для элементов питания, и наше достижение стало большим шагом вперед в этом направлении».

Главный автор научной работы Ниилам Сингх (Neelam Singh), аспирантка из Университета Райса, вместе со своей командой провела много часов, подбирая формулы, смешивая и тестируя химические компоненты для каждого из пяти слоев: двух токоприемников, катода, анода и полимерного сепаратора посередине.

 

В стандартной аккумуляторной батарее (слева) активные слои упакованы в контейнер, новый метод позволяет наносить все основные компоненты на любую поверхность (справа)

 

Исследователи распыляли компоненты на различные поверхности: ванную керамическую плитку, гибкие полимеры, стекло, нержавеющую сталь и даже на глиняные пивные кружки, чтобы узнать, как материалы аккумулятора будут взаимодействовать с каждым из носителей.

В первом эксперименте они объединили девять элементов на основе керамических плиток в параллельную цепь. На одном из элементов установили солнечную батарею, конвертирующую энергию белого лабораторного света. После полной зарядки от солнечной батареи и домашней сети к аккумуляторам подключили расположенные в виде слова RICE светодиоды, которые работали непрерывно в течение шести часов, поскольку элементы смогли обеспечить стабильное напряжение в 2.4 Вольта.

Команда выяснила, что «нарисованные от руки» аккумуляторы обладают на удивление постоянными свойствами; отклонение от заданных значений не превышало 10 процентов. По словам Ниилам Сингх, после шестидесяти циклов зарядки-разрядки снижение емкости элементов оказалось весьма незначительным.

Первый из слоев аккумулятора, токоприемник положительного заряда, состоит из смеси химически чистых углеродных нанотрубок с углеродными черными частицами, растворенными в N-метилпирролидоне. Второй слой, катод, содержит литий-кобальт оксид, или кобальтит лития, углерод и наночастицы сверхочищенного графита (ultrafine graphite, UFG, 3-10 nanometres). Третий слой, состоящий из смолы Kynar Flex, полиметилметакрилата (PMMA, органическое стекло) и диоксида кремния, играет роль сепаратора. Четвертый слой, анод, изготовлен из смеси литий-титан оксида и наночастиц UFG, а последний, пятый слой, служащий токоприемником отрицательного заряда, создан из электропроводящей медной краски, разбавленной этанолом.

 

Обычная кермачисекая плитка отлично подходит для распыляемых аккумуляторов (кадр из демонстрационного видео, размещенного на сайте Университета)

 

«Сложнее всего было достигнуть высокой механической стабильности элементов питания - особое значение в данном вопросе имеет сепаратор», - продолжает Ниилам. «Мы обнаружили, что слои из нанотрубок хорошо сцепляются с катодом, но если сепаратор механически нестабилен, то слои легко соскабливаются с поверхности. Путем добавления PMMA нам удалось повысить клейкие качества сепаратора». После «окраски» каждый из тестовых образцов заполнили электролитом, плотно запечатали под высокой температурой и зарядили.

Ниилам уверяет, что аккумуляторы хорошо заряжаются от любого компактного солнечного элемента. По ее мнению, существует возможность объединения напыляемых батарей с недавно созданными солнечными элементами, которые также можно наносить на различные поверхности методом распыления. Несмотря на то, что и первое поколение аккумуляторов оказалось весьма удачным, современные технологии позволят в дальнейшем существенно улучшить свойства новых элементов питания. «Техника окраски уже давно применяется в промышленной индустрии, поэтому можно будет без особых усилий внедрить новый способ производства разработанных нами аккумуляторов», - отмечает Ниилам.

 

Один из первых прототипов элементов питания, которые помогут снять множество ограничений в дизайне будущей электроники

 

Исследователи подали заявку на получение патента на свое изобретение, которое они планируют совершенствовать и в будущем. Теперь, по словам руководителя исследования, команда занимается поиском электролитов, которые можно будет использовать в производстве напыляемых аккумуляторов на открытом воздухе, а также раздумывает над созданием модульных, то есть состоящих из нескольких частей элементов, из которых можно собирать легко конфигурируемые системы.

«Мы считаем, что наша работа способна изменить саму парадигму современных элементов питания», - подводит итог Ниилам.

Среди соавторов исследования также упоминаются аспиранты Чарудатта Галанде (Charudatta Galande) и Акшай Маткар (Akshay Mathkar), доктор Вей Гао (Wei Gao) из знаменитой Национальной Лаборатории в Лос-Аламосе, ученый Арава Леела Мохана Редди (Arava Leela Mohana Reddy), практикантка из Института Квантовых Исследований Андреа Миранда (Andrea Miranda), а также доктор Александру Влад (Alexandru Vlad) из Бельгийского Католического Университета в Лёвене (the Université Catholique de Louvain).

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Успешное испытание двигателя приближает Австралию к космосу

Успешное испытание двигателя приближает Австралию к космосу

Австралийский исследовательский консорциум успешно испытал двигательную установку нового поколения, которая может обеспечить высокоскоростной полет и услуги по запуску в космос.

Вращающийся детонационный двигатель команды, или RDE, является крупным техническим достижением и впервые в Австралии. Он был разработан инженерами Университета RMIT и разрабатывается консорциумом под руководством DefendTex с исследователями из RMIT, Сиднейского университета и Университета Бундесвера в Германии. Обычные ракетные двигатели работают за счет сжигания топлива при постоянном давлении,...
27.02.21 21:13
0
1
GRANTECAN обнаружил самое большое скопление галактик в ранней Вселенной

GRANTECAN обнаружил самое большое скопление галактик в ранней Вселенной

Исследование, проведенное учеными из Института астрофизики Канарских островов (IAC) с помощью инструмента OSIRIS на Gran Telescopio Canarias (GTC), показало, что в примитивной Вселенной формируется наиболее густонаселенное скопление галактик.

Исследователи предсказывают, что эта структура, которая находится на расстоянии 12,5 миллиардов световых лет от нас, в процессе эволюции превратится в скопление, подобное скоплению Девы, соседки Местной группы галактик, к которой принадлежит Млечный Путь. Скопления галактик - это группы галактик, которые остаются вместе из-за действия силы тяжести. Чтобы понять эволюцию скоплений, ученые ищут фо...
26.02.21 19:18
0
1
Сверхмассивные черные дыры могут образовываться из темной материи

Сверхмассивные черные дыры могут образовываться из темной материи

Новое теоретическое исследование предложило новый механизм создания сверхмассивных черных дыр из темной материи.

Международная группа ученых обнаружила, что вместо обычных сценариев формирования с участием «нормальной» материи сверхмассивные черные дыры могут образовываться непосредственно из темной материи в областях с высокой плотностью в центрах галактик. Результат имеет ключевое значение для космологии ранней Вселенной и опубликован в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. То, как именно изн...
25.02.21 16:38
0
0
Обнаружены свидетельства динамической сезонной активности марсианской песчаной дюны

Обнаружены свидетельства динамической сезонной активности марсианской песчаной дюны

Ученый Юго-Западного исследовательского института (SwRI) изучил данные изображений Марса за 11 лет, чтобы понять сезонные процессы, которые создают линейные овраги на склонах мегадюны в кратере Рассела на Марсе.

На изображениях ранней весной, сделанных двумя разными камерами орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter, доктор Синтия Динвидди из SwRI заметила летящие по воздуху шлейфы пыльного материала, связанные с линейными оврагами на подветренном склоне песчаных дюн. Эти подсказки указывают на активные процессы, в которых участвуют куски замороженного CO2 или сухого льда, которые скользят по песч...
24.02.21 21:39
0
11
Беспроводное электричество стало реальностью

Беспроводное электричество стало реальностью

Стартап Emrod заявил, что может передавать электроэнергию на большие расстояния без использования медного провода.

Энергетический стартап Emrod сообщил, что приносит в Новую Зеландию беспроводное электричество, спустя более века после того, как Никола Тесла впервые продемонстрировал, что это возможно. Как и для наиболее эффективных спутниковых подключений к Интернету, каналу Emrod требуется только прямая видимость. В своем заявлении основатель Emrod Грег Кушнир говорит, что его мотивировал особый набор возмож...
09.08.20 14:06
0
7
Neutrinovoltaic технология – реализация стратегии ЕС по отказу от ископаемого топлива к 2050 году

Neutrinovoltaic технология – реализация стратегии ЕС по отказу от ископаемого топлива к 2050 году

Объявленная Еврокомиссией стратегия построения экономики без вредных выбросов к 2050 году, ставит перед странами ЕС сложную задачу - найти альтернативу ископаемому топливу для генерации электроэнергии и переходу на электромобили или автотранспорт, работающий в экологически чистом топливе.

Задача крайне амбициозная и не однозначная как в экономическом, так и политическом аспекте, хотя и продиктована обострившимися экологическими проблемами, связанными с глобальным потеплением климата. Апологетами такого развития выступают в первую очередь политики, которые хотят импонировать своим избирателям и «зелёному» движению. Но убеждать избирателей безусловно проще, если предлагаются конкретн...
01.08.20 20:43
0
13
Каким будет экологичное энергоснабжение без нефти и газа

Каким будет экологичное энергоснабжение без нефти и газа

Процесс глобального потепления остро поставил перед человечеством жёсткое условие – принять радикальные, действенные и прежде всего, оперативные меры для сохранения самой жизни человека на Земле.

Оценив все смертельные опасности, связанные с неуклонным повышением среднегодовой температуры,  правительства и бизнес-структуры наиболее благополучных в плане экономического развития стран начинают предпринимать первые реальные шаги для того, чтобы на первом этапе хотя бы затормозить скорость её поднятия. Первый и самый очевидный необходимый шаг на этом пути – резкое сокращение выбросов...
02.06.20 19:05
0
5
Новая натрий-ионная батарея работает наравне с литий-ионными

Новая натрий-ионная батарея работает наравне с литий-ионными

Аккумуляторы, использующие натрий, а не обычный литий, имеют ряд преимуществ из-за дешевой и распространенной природы элемента.

Ученые из Университета Вашингтон придумали дизайн, который потенциально способен изменить правила игры в этой области, - натрий-ионная батарея, обладающая сопоставимой энергетической емкостью и способностью к циклированию с некоторыми литий-ионными аккумуляторами, уже имеющимися на рынке. В некотором смысле, натрий-ионные аккумуляторы функционируют так же, как литий-ионные, вырабатывая энергию пу...
01.06.20 21:06
0