Изилдөө биз күн сайын колдонгон батареяларды ийкемдүү, күчтүү жана коопсуз кылуунун жолун тапты.
Жыл 2018-жыл жана биздин күнүмдүк жашообуз азыр ар кандай гаджеттердин жардамы менен күйүп жатат. электричество же батарейкаларда. Батарея менен иштеген гаджеттерге жана түзмөктөргө болгон ишенимибиз укмуштуудай өсүп жатат. А батарея электр энергиясына айландырылат химиялык энергияны сактоочу түзүлүш болуп саналат. Батареялар тышкы түзүлүш аркылуу агып жаткан электрондорго толгон энергияны өндүрүүчү реакцияга ээ мини химиялык реакторлорго окшош. Анын уюлдук телефондору же ноутбуктары же башка электр унаалары болобу, батарейкалар – көбүнчө литий-ион – бул технологиялар үчүн негизги энергия булагы. Технология өнүккөн сайын, компакттуу, жогорку кубаттуулуктагы жана коопсуз кайра заряддалуучу батарейкаларга тынымсыз суроо-талап бар.
Батареялардын узак жана даңктуу тарыхы бар. Америкалык илимпоз Бенджамин Франклин биринчи жолу 1749-жылы электр энергиясы менен байланышкан конденсаторлордун топтомун колдонуу менен эксперименттерди жүргүзүп жатканда "батарея" терминин колдонгон. Италиялык физик Алессандро Вольта 1800-жылы жез (Cu) жана цинк (Zn) дисктерин туздуу сууга чыланган чүпүрөк менен бөлүп койгондо, биринчи батареяны ойлоп тапкан. Коргошун-кислота аккумулятору, эң чыдамкай жана эң эски кайра заряддоого боло турган батарейкалардын бири 1859-жылы ойлоп табылган жана азыркыга чейин көптөгөн түзмөктөрдө, анын ичинде ички күйүүчү кыймылдаткычта да колдонулат.
Батареялар узак жолду басып өтүштү жана бүгүнкү күндө алар Мегаватттын чоң өлчөмүнө чейин бир катар өлчөмдөрдө келет, ошондуктан теориялык жактан алар күн фермаларынан келген энергияны топтоп, мини шаарларды жарыктандырууга жөндөмдүү же электрондук сааттарда колдонулгандай кичинекей болушу мүмкүн. , керемет эмеспи. Негизги батарея деп аталганда, электрондордун агымын пайда кылган реакция кайтарылгыс болуп саналат жана акыр-аягы, анын реагенттеринин бири керектелгенде, батарея жалпайып калат же өлөт. Эң кеңири таралган негизги батарея бул цинк-көмүртек батареясы. Бул негизги батарейкалар чоң көйгөй болгон жана мындай батарейкаларды утилдештирүүнүн бирден-бир жолу аларды кайра колдонууга боло турган ыкманы табуу болгон, башкача айтканда, аларды кайра заряддоого болот. Батареяларды жаңысына алмаштыруу, албетте, мүмкүн эмес болчу, ошондуктан батарейкалар көбөйгөн сайын күчтүү жана чоң, аларды алмаштыруу жана аларды утилдештирүү абдан кымбат экенин айтпай коюуга мүмкүн эмес болуп калды.
Никель-кадмий батареясы (NiCd) электролит катары щелочту колдонгон биринчи популярдуу кайра заряддалуучу батареялар болгон. 1989-жылы никель-металл суутек батарейкалары (NiMH) NiCd батареяларына караганда узак мөөнөткө ээ болгон. Бирок, алардын кээ бир кемчиликтери бар болчу, негизинен алар ашыкча кубаттоого жана ысып кетүүгө өтө сезгич болушкан, өзгөчө, алар максималдуу ченге чейин заряддалганда. Ошондуктан, аларды жай жана кылдаттык менен заряддоо керек болчу жана эч кандай зыян болбошу үчүн жана жөнөкөй заряддагычтар менен кубаттоо үчүн көбүрөөк убакыт талап кылынган.
1980-жылы ойлоп табылган литий-иондук батарейкалар (LIBs) керектөөчүлөрдө эң көп колдонулган батарейкалар болуп саналат. электрондук бүгүнкү күндө аппараттар. Литий эң жеңил элементтердин бири жана ал эң чоң электрохимиялык потенциалга ээ, ошондуктан бул комбинация батареяларды жасоо үчүн эң ылайыктуу. ЛИБтерде литий иондору туздан жасалган электролит аркылуу ар түрдүү электроддор арасында кыймылдашат. органикалык эриткичтер (көпчүлүк салттуу LIBтерде). Теориялык жактан алганда, литий металл абдан жогорку кубаттуулугу бар электрдик оң металл болуп саналат жана батарейкалар үчүн мыкты тандоо болуп саналат. LIB'тер толук заряддалбай жатканда, оң заряддалган литий иону литий металлына айланат. Ошентип, LIBs узак мөөнөттүү жана жогорку сыйымдуулугунан улам портативдик түзүлүштөрдүн бардык түрлөрүндө колдонуу үчүн эң популярдуу кайра заряддалуучу батареялар болуп саналат. Бирок, бир негизги көйгөй - электролит оңой бууланып, батареяда кыска туташуу пайда болот жана бул өрт коркунучу болушу мүмкүн. Иш жүзүндө, LIBs чындап туруксуз жана натыйжасыз болуп саналат, анткени убакыттын өтүшү менен литийдин диспозициялары бирдиктүү эмес болуп калат. LIB'лер да аз зарядка жана разрядга ээ жана коопсуздук маселелери аларды көптөгөн жогорку кубаттуулуктагы жана жогорку кубаттуулуктагы машиналар үчүн, мисалы, электрдик жана гибриддик электр унаалары үчүн жараксыз кылат. LIB өтө сейрек учурларда жакшы мүмкүнчүлүктөрүн жана кармап туруу көрсөткүчтөрүн көрсөтөт деп билдирди.
Ошентип, батарейкалар дүйнөсүндө баары идеалдуу эмес, анткени акыркы жылдары көптөгөн батарейкалар кооптуу деп белгиленген, анткени алар күйүп кетет, ишенимсиз жана кээде эффективдүү эмес. Дүйнө жүзү боюнча илимпоздор кичинекей, коопсуз кайра заряддоого боло турган, жеңилирээк, ийкемдүү жана ошол эле учурда күчтүүрөөк батареяларды курууга умтулушат. Ошондуктан, басым потенциалдуу альтернатива катары катуу абалдагы электролиттерге бурулду. Муну максат катары сактоо көптөгөн варианттар окумуштуулар тарабынан аракет кылынган, бирок туруктуулук жана масштабдуулук изилдөөлөрдүн көпчүлүгүнө тоскоолдук болуп келген. Полимердик электролиттер негизги потенциалды көрсөттү, анткени алар туруктуу гана эмес, ийкемдүү жана ошондой эле арзан. Тилекке каршы, мындай полимердик электролиттер менен негизги маселе алардын начар өткөрүмдүүлүк жана механикалык касиеттери болуп саналат.
ACS жарыяланган акыркы изилдөөдө Нано каттары, изилдөөчүлөр батареянын коопсуздугу жана башка көптөгөн касиеттери ага нано зымдарды кошуу менен жакшыртылышы мүмкүн экенин көрсөттү. Чжэцзян технологиялык университетинин Материал таануу жана инженерия колледжинин изилдөөчүлөрүнүн бул тобу мурунку изилдөөлөрүнүн негизинде жакшы механикалык касиеттерин жана өткөргүчтүгүн көрсөткөн магний борат нано зымдарын жасашкан. Учурдагы изилдөөдө алар мындай болгондо, бул батареялар үчүн да туурабы же жокпу, текшеришти нано зымдар катуу абалдагы полимердик электролитке кошулат. Катуу абалдагы электролит 5, 10, 15 жана 20 салмактагы магний борат нано зымдары менен аралаштырылды. Нанозымдар мурункуга караганда нано зымдары жок болгонго караганда батарейкаларды бекем жана ийкемдүү кылган катуу абалдагы полимердик электролиттин өткөргүчтүгүн жогорулатканы байкалды. Өткөргүчтүктүн мындай өсүшү электролит аркылуу өтүүчү жана кыймылдуу иондордун санынын көбөйүшүнө жана бир топ ылдамыраак ылдамдыкта болгон. Бардык орнотуулар батарейка сыяктуу эле, бирок нанозымдар кошулган. Бул кадимки батарейкаларга салыштырмалуу иштөө ылдамдыгын жана циклдердин көбөйүшүн көрсөттү. Маанилүү күйүүчүлүк сыноосу да жүргүзүлүп, батареянын күйбөгөнү көрүндү. Уюлдук телефондор жана ноутбуктар сыяктуу бүгүнкү күндө кеңири колдонулган портативдик тиркемелерди максималдуу жана эң кыска сакталган энергия менен жаңыртуу керек. Бул, албетте, зордук-зомбулук менен разряд коркунучун көбөйтөт жана мындай түзмөктөр үчүн батарейкалардын кичинекей форматы талап кылынгандыктан, аны башкарууга болот. Бирок батарейкалардын чоңураак колдонмолору иштелип чыккан жана сыналып жаткандыктан, коопсуздук, бышыктык жана кубаттуулук эң чоң мааниге ээ.
***
{Сиз цитата келтирилген булак(дардын) тизмесинде төмөндө берилген DOI шилтемесин чыкылдатуу менен баштапкы изилдөө документин окуй аласыз}
Булагы (с)
Шенг О жана башкалар. 2018. Mg2B2O5 Nanowire иштетилген көп функционалдуу катуу абалдагы электролиттер жогорку иондук өткөргүчтүгү, мыкты механикалык касиеттери жана отко чыдамдуу иштеши. Нано тамгалар. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
