Studiul a descoperit o modalitate de a face bateriile pe care le folosim în fiecare zi să fie mai rezistente, mai puternice și mai sigure.
The year is 2018 and our everyday livesare now fuelled by different gadgets which either run on electricitate or on batteries. Our reliance on battery-operated gadgets and devices is growing phenomenally. A acumulator is a device that stores chemical energy that gets converted into electricity. Batteries are likemini chemical reactors having reaction producing electronsfull of energy which flow through the external device.Whether its cell phones or laptops or other even electric vehicles, batteries – generally lithium-ion – is the main power source for these technologies. As technology keeps advancing, there is continuous demand for more compact, high capacity, and safe rechargeable batteries.
Bateriile au o istorie lungă și glorioasă. Omul de știință american Benjamin Franklin a folosit pentru prima dată termenul „baterie” în 1749 în timp ce efectua experimente cu electricitate folosind un set de condensatoare conectate. Fizicianul italian Alessandro Volta a inventat prima baterie în 1800 când a stivuit discuri de cupru (Cu) și zinc (Zn) separate cu o cârpă înmuiată în apă sărată. Bateria plumb-acid, una dintre cele mai rezistente și mai vechi baterii reîncărcabile a fost inventată în 1859 și este încă folosită în multe dispozitive chiar și astăzi, inclusiv motorul cu ardere internă în vehicule.
Bateriile au parcurs un drum lung și astăzi vin într-o gamă de dimensiuni de la mărimi mari Megawatt, astfel încât, teoretic, sunt capabile să stocheze energie de la fermele solare și să lumineze mini orașe sau ar putea fi la fel de mici ca cele folosite la ceasurile electronice. , minunat nu-i așa. Într-o baterie a ceea ce se numește o baterie primară, reacția care produce fluxul de electroni este ireversibilă și, în cele din urmă, atunci când unul dintre reactanții săi este consumat, bateria devine descărcată sau moare. Cea mai comună baterie primară este bateria zinc-carbon. Aceste baterii primare au reprezentat o mare problemă și singura modalitate de a aborda eliminarea unor astfel de baterii a fost să găsești o metodă prin care să poată fi reutilizate, adică prin a le face reîncărcabile. Înlocuirea bateriilor cu una nouă a fost evident nepractică și, astfel, pe măsură ce bateriile au devenit mai multe puternic și mare a devenit aproape imposibil să nu mai vorbim destul de costisitoare pentru a le înlocui și a le elimina.
Nickel-cadmium battery (NiCd) was the first popular rechargeable batteries which used an alkali as an electrolyte. In 1989 nickel-metal hydrogen batteries (NiMH) were developed having longer life than NiCd batteries. However, they had some drawbacks, mainly that they were very sensitive to overcharging and overheating specially when they were charged say to their maximum rate. Therefore, they had to be charged slowly and carefully to avoid any damage and required longer times to get charged by simpler chargers.
Invented in 1980, Lithium-ion batteries (LIBs) are the most commonly used batteries in consumer electronic devices today. Lithium is one of the lightest elements and it has one of the largest electrochemical potentials, therefore this combination is ideally suited for making batteries. In LIBs, lithium ions move between different electrodes through an electrolyte which is made of salt and organic solvenți (în majoritatea LIB-urilor tradiționale). Teoretic, metalul litiu este cel mai pozitiv metal electric, având o capacitate foarte mare și este cea mai bună alegere posibilă pentru baterii. Atunci când LIB-urile nu se reîncarcă, ionul de litiu încărcat pozitiv devine litiu metal. Astfel, LIB-urile sunt bateriile reîncărcabile cele mai populare pentru utilizare în toate tipurile de dispozitive portabile datorită duratei de viață lungi și capacității mari. Cu toate acestea, o problemă majoră este că electrolitul se poate evapora ușor, provocând un scurtcircuit în baterie și acest lucru poate fi un pericol de incendiu. În practică, LIB-urile sunt cu adevărat instabile și ineficiente, deoarece în timp dispozițiile de litiu devin neuniforme. LIB-urile au, de asemenea, rate scăzute de încărcare și descărcare, iar preocupările de siguranță le fac neviabile pentru multe mașini de mare putere și capacitate mare, de exemplu vehiculele electrice și hibride electrice. S-a raportat că LIB prezintă o capacitate bună și rate de retenție foarte rare.
Astfel, totul nu este perfect în lumea bateriilor, deoarece în ultimii ani o mulțime de baterii au fost marcate ca fiind nesigure, deoarece iau foc, sunt nefiabile și uneori ineficiente. Oamenii de știință din întreaga lume caută să construiască baterii care să fie mici, reîncărcabile în siguranță, mai ușoare, mai rezistente și, în același timp, mai puternice. Prin urmare, accentul s-a mutat pe electroliții în stare solidă ca alternativă potențială. Păstrând acest obiectiv, multe opțiuni au fost încercate de oamenii de știință, dar stabilitatea și scalabilitatea au fost un obstacol al majorității studiilor. Electroliții polimeri au arătat un potențial major deoarece nu sunt doar stabili, ci și flexibili și, de asemenea, ieftini. Din păcate, principala problemă cu astfel de electroliți polimerici este conductivitatea lor slabă și proprietățile mecanice.
Într-un studiu recent publicat în ACS Nano Scrisori, cercetători have shown that a battery’s safety and even many other properties can be enhanced by adding nanowires to it, making the battery superior. This team of researchersfrom College of Materials Science and Engineering, Zhejiang University of Technology, China have built upon their previous research where they made magnesium borate nanowires which exhibited good mechanical properties and conductivity. In the current study they checked if this would also be true for batteries when such nanofire sunt adăugate la un electrolit polimer în stare solidă. Electrolitul în stare solidă a fost amestecat cu 5, 10, 15 și 20 de nanofire de borat de magneziu. S-a văzut că nanofirele au crescut conductivitatea electrolitului polimeric în stare solidă, ceea ce a făcut bateriile mai rezistente și mai rezistente în comparație cu mai devreme fără nanofire. Această creștere a conductibilității s-a datorat creșterii numărului de ioni care trec și se deplasează prin electrolit și cu o rată mult mai rapidă. Întreaga configurație a fost ca o baterie, dar cu nanofire adăugate. Acest lucru a arătat o rată mai mare de performanță și cicluri crescute în comparație cu bateriile normale. S-a facut si un test important de inflamabilitate si s-a vazut ca bateria nu arde. Aplicațiile portabile utilizate pe scară largă de astăzi, cum ar fi telefoanele mobile și laptopurile, trebuie să fie actualizate cu energie stocată maximă și compactă. Acest lucru crește în mod evident riscul de descărcare violentă și este ușor de gestionat pentru astfel de dispozitive din cauza formatului mic de baterii necesare. Dar pe măsură ce aplicațiile mai mari ale bateriilor sunt proiectate și încercate, siguranța, durabilitatea și puterea capătă o importanță supremă.
***
{Puteți citi lucrarea originală de cercetare făcând clic pe linkul DOI de mai jos în lista surselor citate}
Sursa (s)
Sheng O și colab. 2018. Electroliți multifuncționali cu stare solidă activați cu nanofir Mg2B2O5 cu conductivitate ionică ridicată, proprietăți mecanice excelente și performanță ignifugă. Nano scrisori. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
