Сверхбатарейки
- Подробности
- Опубликовано 02.05.2013 04:58
- Просмотров: 1813
Про прототип платформы роботов-андроидов и заявленное продвижение в разработке искуственного интеллекта я уже писал. Само собой, по этим темам идёт оживленная дискуссия, но нужно много ещё чего решить, чтобы идея революции роботов воплотилась в жизнь. Например, нужен автономный источник энергии. Но и тут люди работают и есть новая информация. Для тех, кто ещё не читал: "В Университете штата Иллинойс разрабатываются новые аккумуляторы, которые, по утверждению ученых, смогут полностью изменить способ питания электронных гаджетов и автомобилей. Об этом, как сообщает британская вещательная корпорация BBC, ученые рассказали в последнем номере научного журнала Nature Communications.
Новая технология призвана помочь в создании нового поколения аккумуляторов, обладающих значительным временем автономной работы. Современные батареи имеют два компонента, называемых электродами, где происходит химическая реакция. Анод, имеющий отрицательный заряд, генерирует электроны, переносимые химическим наполнителем внутри ионов по направлению к катоду с положительным зарядом,поглощающему их. В результате поглощения возникает электрическая энергия.
Microbattery design A cross-section of the battery reveals the 3D-design of the research project's anodes and cathodes
Исследователям из Иллинойса удалось воссоздать анодно-катодную систему на микроуровне. Там электроны быстрее добираются до катода, кроме того, появляется возможность создания множества катодов и анодов внутри батареи, так как пары "катод-анод" можно располагать очень близко друг к другу.
Примененные в новой разработке так называемые 3D-электроды позволят создавать на их основе "микробатареи" в десятки раз компактнее нынешних, но не уступающие им по мощности. Если же по новой технологии сделать батарею стандартных размеров, то она окажется значительно мощнее, а заряжаться будет почти в тысячу раз быстрее.
Впрочем, первые прототипы пока не могут похвастаться тем же уровнем экологичности и безопасности, как у серийных аккумуляторов. Для сборки батареи нового типа в Иллинойсе использовали технологию, ранее созданную другими учеными на базе новых компонентов, отличных от литий-ионных или никель-металогидродных соединений. Батарея получила решетчатую начинку с маленькими сферами из полистирола, которые затем заполняются металлическим наполнителем. Сферы плавятся и создают трехмерные каналы, которые заполняются никель-оловянным сплавом для создания анодов, а также минерал-гидроксида марганца для образования катодов. После этого полученный материал погружают в химическую жидкость и нагревают до 300 градусов" (ссылка).
На ту же тему другая статья: "Американские инженеры разработали литиевые микробатареи, которые по мощности и скорости зарядки могут сравниться с лучшими суперконденсаторами (ионисторами) и при этом сохраняют высокую емкость химических источников питания. Работа с описанием устройства опубликована в журнале Nature Communications, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Университета Иллинойса.
Микробатареи имеют сложную трехмерную структуру. Главные анод и катод соединяются подобно двум микроскопическим гребенкам на стеклянной подложке. При этом «зубья» этих «гребенок», имеют регулярную пористую структуру. Анод создан из сплава олова и никеля, а катод представляет собой марганцевую соль лития.
Сложная регулярная микроструктура позволяет реакциям на поверхности микробатарей проходить очень быстро. За счет этого достигается крайне высокая мощность (7.4 милливат на квадратный сантиметр на микрометр толщины) и большая сила тока - в 2000 раз больше, чем у других химических батарей. По этому параметру такие батареи не уступают даже лучшим ионисторам, в которых вовсе не происходит химических реакций, а энергия запасается в виде напряжения электрического поля между обкладками суперконденсатора.
Существующие на сегодняшний день источники питания либо способны обеспечить высокую мощность и ток на короткое время, но не могут запасать много энергии (конденсаторы, ионисторы), либо обладают высокой энергетической емкостью, но не могут быстро «выдать» эту запасенную энергию (топливные элементы, химические батареи). Разработка авторов статьи направлена на то, чтобы соединить достоинства тех и других. Литий-ионные батареи являются наиболее распространенным типом источника питания для современной электроники. Недавно их емкость удалось увеличить за счет использования на поверхности анода нанокристаллов, которые выступили в качестве губки для ионов лития".