Студијата откри начин да направиме батерии што ги користиме секој ден за да бидат поотпорни, моќни и побезбедни.
Годината е 2018 година и нашиот секојдневен живот сега е поттикнат од различни гаџети кои или работат електрична енергија или на батерии. Нашето потпирање на гаџети и уреди што работат на батерии расте феноменално. А батерија е уред кој складира хемиска енергија која се претвора во електрична енергија. Батериите се како мини хемиски реактори кои имаат реакција за производство на електрони полни со енергија кои течат низ надворешниот уред. Без разлика дали се неговите мобилни телефони или лаптопи или други дури и електрични возила, батериите - генерално литиум-јонските - се главниот извор на енергија за овие технологии. Како што технологијата постојано напредува, постои континуирана побарувачка за покомпактни, повисок капацитет и безбедни батерии на полнење.
Батериите имаат долга и славна историја. Американскиот научник Бенџамин Френклин првпат го употребил терминот „батерија“ во 1749 година додека вршел експерименти со електрична енергија користејќи збир на поврзани кондензатори. Италијанскиот физичар Алесандро Волта ја измислил првата батерија во 1800 година кога биле набиени дискови од бакар (Cu) и цинк (Zn) одвоени со крпа натопена во солена вода. Оловно-киселинската батерија, една од најтрајните и најстарите батерии за полнење е измислена во 1859 година и сè уште се користи во многу уреди дури и денес, вклучително и мотор со внатрешно согорување во возилата.
Батериите изминаа долг пат и денес доаѓаат во различни големини од големи мегавати, така што теоретски тие можат да складираат енергија од соларните фарми и да осветлуваат мини градови или би можеле да бидат мали како оние што се користат во електронските часовници. , прекрасно нели. Во она што се нарекува примарна батерија, реакцијата што произведува проток на електрони е неповратна и на крајот кога ќе се потроши еден од нејзините реактанти, батеријата станува рамна или умира. Најчестата примарна батерија е цинк-јаглеродна батерија. Овие примарни батерии беа голем проблем и единствениот начин да се справи со фрлањето на таквите батерии беше да се најде метод на кој тие би можеле повторно да се користат - што значи да се направат за полнење. Замената на батериите со нови беше очигледно непрактична и на тој начин како што батериите стануваа се повеќе моќни и голема, стана речиси невозможно да не споменеме прилично скапи за нивна замена и отстранување.
Никел-кадмиумската батерија (NiCd) беше првите популарни батерии за полнење кои користеа алкали како електролит. Во 1989 година беа развиени никел-метални водородни батерии (NiMH) кои имаат подолг животен век од батериите NiCd. Сепак, тие имаа некои недостатоци, главно тоа што беа многу чувствителни на преполнување и прегревање особено кога се полнат, да речеме до нивната максимална стапка. Затоа, тие требаше да се полнат полека и внимателно за да се избегне каква било штета и беа потребни подолги времиња за да се полнат со поедноставни полначи.
Измислени во 1980 година, литиум-јонските батерии (LIB) се најчесто користените батерии кај потрошувачите електронски уреди денес. Литиумот е еден од најлесните елементи и има еден од најголемите електрохемиски потенцијали, затоа оваа комбинација е идеално прилагодена за правење батерии. Во LIB, јоните на литиум се движат помеѓу различни електроди преку електролит кој е направен од сол и органски растворувачи (во повеќето традиционални LIB). Теоретски, литиум металот е најелектрично позитивниот метал со многу висок капацитет и е најдобриот можен избор за батерии. Кога LIB не се полни, позитивно наелектризираниот литиум јон станува литиум метал. Така, LIB се најпопуларните батерии за полнење за употреба во сите видови преносливи уреди поради нивниот долг животен век и високиот капацитет. Сепак, еден голем проблем е што електролитот може лесно да испари, предизвикувајќи краток спој во батеријата и тоа може да претставува опасност од пожар. Во пракса, LIB се навистина нестабилни и неефикасни бидејќи со текот на времето распоредот на литиум станува нееднаков. LIB исто така имаат ниски стапки на полнење и празнење и загриженоста за безбедноста ги прави неостварливи за многу машини со голема моќност и голем капацитет, на пример електрични и хибридни електрични возила. Пријавено е дека LIB покажува добар капацитет и стапки на задржување во многу ретки прилики.
Така, не е сè совршено во светот на батериите бидејќи во последните години многу батерии се означени како небезбедни бидејќи се запалуваат, се несигурни и понекогаш неефикасни. Научниците ширум светот се во потрага по изградба на батерии кои ќе бидат мали, безбедно да се полнат, полесни, поотпорни и во исто време помоќни. Затоа, фокусот се префрли на електролитите во цврста состојба како потенцијална алтернатива. Задржувањето на ова како цел, многу опции се испробани од научниците, но стабилноста и приспособливоста беа пречка на повеќето студии. Полимерните електролити покажаа голем потенцијал бидејќи не само што се стабилни, туку и флексибилни и исто така евтини. За жал, главниот проблем со ваквите полимерни електролити е нивната слаба спроводливост и механички својства.
Во една неодамнешна студија објавена во ACS Нано писма, истражувачи покажаа дека безбедноста на батеријата, па дури и многу други својства, може да се подобрат со додавање наножици на неа, што ја прави батеријата супериорна. Овој тим истражувачи од Колеџот за наука и инженерство за материјали, Универзитетот за технологија во Жеџијанг, Кина го изградија своето претходно истражување каде што направија наножици од магнезиум борати кои покажаа добри механички својства и спроводливост. Во тековната студија тие проверуваа дали тоа би било точно и за батериите кога таквите наножици се додаваат на полимерен електролит во цврста состојба. Електролитот во цврста состојба беше измешан со 5, 10, 15 и 20 магнезиум-борат наножици. Беше забележано дека наножиците ја зголемија спроводливоста на полимерниот електролит во цврста состојба, што ги направи батериите поцврсти и еластични во споредба со претходните без наножици. Ова зголемување на спроводливоста се должи на зголемувањето на бројот на јони кои минуваат и се движат низ електролитот и со многу поголема брзина. Целото поставување беше како батерија, но со додадени наножици. Ова покажа повисока стапка на перформанси и зголемени циклуси во споредба со обичните батерии. Беше направен и важен тест за запаливост и се виде дека батеријата не изгорела. Широко користените преносни апликации на денешницата, како што се мобилните телефони и лаптопите, треба да се надградат со максимална и најкомпактна складирана енергија. Ова очигледно го зголемува ризикот од насилно празнење и е податлив за такви уреди поради малиот формат на потребни батерии. Но, бидејќи поголемите апликации на батериите се дизајнирани и испробани, безбедноста, издржливоста и моќноста преземаат врвна важност.
***
{Можете да го прочитате оригиналниот истражувачки труд со кликнување на врската DOI дадена подолу во списокот со цитирани извори}
Извор (и)
Шенг О и сор. 2018. Мултифункционални електролити во цврста состојба со овозможена наножица Mg2B2O5 со висока јонска спроводливост, одлични механички својства и перформанси за забавување на пламен. Нано писма. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
