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
Первое обнаружение света из-за черной дыры

Первое обнаружение света из-за черной дыры

Наблюдая за рентгеновскими лучами, выбрасываемыми во Вселенную сверхмассивной черной дырой в центре галактики на расстоянии 800 миллионов световых лет от нас, астрофизик Стэнфордского университета Дэн Уилкинс заметил интригующую закономерность.

Он наблюдал серию ярких рентгеновских вспышек, интересных, но не беспрецедентных, а затем телескопы зафиксировали нечто неожиданное: дополнительные рентгеновские вспышки, которые были меньше, позже и разных «цветов», чем яркие вспышки. Согласно теории, эти световые эхо соответствовали рентгеновским лучам, отраженным позади черной дыры, но даже базовое понимание черных дыр говорит нам, что это стр...
29.07.21 09:37
0
1
Астрономы показали образование планет в двойных системах

Астрономы показали образование планет в двойных системах

Астрономы разработали наиболее реалистичную на сегодняшний день модель образования планет в двойных звездных системах.

Исследователи из Кембриджского университета и Института внеземной физики Макса Планка показали, как экзопланеты в двойных звездных системах возникли, не будучи разрушенными в хаотичной среде рождения. Они изучили тип двойной системы, в которой меньшая звезда-компаньон вращается вокруг большей родительской звезды примерно раз в 100 лет - наш ближайший сосед, Альфа Центавра, является примером такой...
28.07.21 09:56
0
0
Хаббл обнаружил первые свидетельства наличия водяного пара на Ганимеде

Хаббл обнаружил первые свидетельства наличия водяного пара на Ганимеде

Впервые астрономы обнаружили свидетельства водяного пара в атмосфере спутника Юпитера Ганимеда. Водяной пар образуется, когда лед с поверхности луны сублимируется, то есть превращается из твердого вещества в газ.

Предыдущие исследования предоставили косвенные доказательства того, что Ганимед, самая большая луна в Солнечной системе, содержит больше воды, чем все океаны Земли. При этом температура там настолько низкая, что вода на поверхности замерзает. Океан Ганимеда будет располагаться примерно на 100 миль ниже земной коры; следовательно, водяной пар – это не испарение океана. Астрономы пересмотрели наблю...
27.07.21 10:28
0
2
НАСА выбрало SpaceX для миссии к Европе

НАСА выбрало SpaceX для миссии к Европе

В пятницу НАСА заявило, что выбрало SpaceX для запуска запланированного рейса к ледяному спутнику Юпитера Европе, что стало огромной победой компании Илона Маска, которая нацелена глубже в Солнечную систему.

Миссия Europa Clipper будет запущена в октябре 2024 года на ракете Falcon Heavy из Космического центра Кеннеди во Флориде, общая стоимость контракта составляет 178 миллионов долларов. Ранее предполагалось, что миссия будет запущена на собственной ракете НАСА Space Launch System (SLS), страдающей от задержек и перерасхода средств. И хотя SLS еще не работает, Falcon Heavy уж использовался как в ком...
26.07.21 10:59
0
3
Китай сообщил о новом рекордном термоядерном синтезе

Китай сообщил о новом рекордном термоядерном синтезе

Китайский экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий токамак (EAST) - одно из ряда многообещающих исследовательских устройств ядерного синтеза, действующих по всему миру, и за последние пару лет он сделал несколько впечатляющих шагов вперед.

Китайские государственные СМИ сообщают, что ученые, работающие над проектом, достигли нового мирового рекорда, удерживая температуру плазмы в 120 миллионов градусов Цельсия в течение 101 секунды во время последнего раунда экспериментов, приближаясь к давно преследуемой цели чистой и безграничной энергии. Идея исследований ядерного синтеза состоит в воссоздании процесса, который Солнце использует ...
31.05.21 14:10
0
2
Система приливного течения будет использовать подводного ската для выработки электроэнергии

Система приливного течения будет использовать подводного ската для выработки электроэнергии

Мы уже слышали о системах возобновляемой энергии, которые используют воздушных змеев для выработки электроэнергии с помощью ветра. Система Manta в некотором роде похожа, хотя в ней используется подводный скат, который «летает» в приливных или речных течениях.

Manta была задумана учеными из Калифорнийского международного исследовательского института SRI, которые недавно получили трехлетнюю премию в размере 4,2 миллиона долларов США за разработку технологии в партнерстве с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли. Эта награда была присуждена Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (ARPA-E) в рамках програ...
02.05.21 21:51
0
2
Rio Tinto развернет солнечный завод Heliogen на базе искусственного интеллекта

Rio Tinto развернет солнечный завод Heliogen на базе искусственного интеллекта

Горнодобывающий гигант Rio Tinto объявил, что собирается установить пилотную версию высокотемпературного солнечного перерабатывающего завода Heliogen на борном руднике в Калифорнии, который будет поставлять чистую энергию, а также тепло для промышленных процессов. Начало строительства ожидается в 2022 году.

Технология Heliogen представляет собой усовершенствованную версию концентрирующего солнечного теплового генератора с искусственным интеллектом. Это огромный массив зеркал, окружающих высокую башню, каждое из которых отслеживает положение Солнца в небе и наклоняется, чтобы идеально отражать солнечный свет на коллектор на вершине башни. При большом количестве зеркал - потенциально тысячах, улавлива...
28.03.21 16:09
0
4
На Шетландских островах установлена первая приливная зарядная станция для электромобилей

На Шетландских островах установлена первая приливная зарядная станция для электромобилей

Nova Innovation объявила об установке на острове Йелл первой точки подзарядки электромобиля, работающей от энергии приливов.

Точка подзарядки Evolt была установлена в гавани Калливо на берегу Блюмалл-Саунд, пролива между северными Шетландскими островами Унст и Йелл. Он управляется ChargePlace Scotland, национальной сетью подзарядки электромобилей, принадлежащей и управляемой правительством Шотландии. «Приливные турбины в Шетландском приливном массиве поставляют энергию, которая преобразуется в электричество для точки п...
25.03.21 22:19
0