Uzależnienie ludzkości od baterii do telefonów komórkowych, laptopów, pojazdów elektrycznych i przechowywania energii w sieci napędza zapotrzebowanie na doskonalsze technologie. Przez dziesięciolecia akumulatory do przechowywania energii opierały się na mikrocząsteczkach. Nowe badania przeprowadzone przez zespół z Rensselaer Polytechnic Institute pokazują, że użycie zaawansowanych materiałów, które zawierają tzw. cząsteczki wieloskalowe, daje możliwość zbudowania baterii zdolnej do przechowywania większej ilości energii, w dłuższym okresie oraz szybsze jej ładowanie.
W badaniach opublikowanych w br. w „Nature Reviews Materials” multidyscyplinarny zespół inżynierów chemików, materiałoznawców i inżynierów mechaników wykazał, że zastosowanie nanotechnologii w akumulatorach poprawi ich wydajność. Artykuł zatytułowany „Nano- versus mikrostrukturyzacja w elektrodach akumulatorowych” porównuje anody i katody zbudowane z nanomateriałów z mikrocząstkami. Ostatecznie stwierdza, że połączenie tych dwóch – w szczególności mikrocząstek wykorzystujących nanostruktury – pomoże zbudować baterie zaspokajające przyszłe potrzeby energetyczne ludzkości.
– Naszym zdaniem następna generacja cząstek materiałów aktywnych stosowanych w przyszłych systemach akumulatorowych musi być z natury wieloskalowa – tzn. muszą być mikrorozmiarów, ale wyposażone w funkcje lub atrybuty w nanoskali – aby dotrzymać kroku zapotrzebowaniu dla stale ulepszanych akumulatorów – mówi Nikhil Koratkar, profesor Katedry Inżynierii Mechanicznej i Nauki o Materiałach im. Johna A. Clarka i Edwarda T. Crossana w Rensselaer, autor korespondencyjny tego artykułu.
Profesor Koratkar i jego zespół badaczy, w skład którego weszli doktoranci w Rensselaer i dr Chunsheng Wang, profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej na Uniwersytecie Maryland, zaczęli badać, czy istnieją atrybuty w nanoskali, które można dodać do tradycyjnych mikrocząstek w celu zwiększenia wydajności baterii. Przykładowo naukowcom udało się skrócić czas ładowania, gdy zaprojektowali maleńkie tunele w nanoskali wiodące przez mikrocząstki. Podobnie, kiedy badacze skonstruowali mikrocząstki z wewnętrzną nanoporowatością, byli w stanie wydłużyć żywotność baterii bez poświęcania wydajności lub pojemności magazynowej. Zastosowanie takich innowacji w dziedzinie materiałoznawstwa znacznie poprawi wydajność baterii i wpłynie na postęp w dziedzinie baterii, podsumowuje Koratkar.
– Myślę, że następna dekada będzie erą intensywnej aktywności, a społeczność zajmująca się akumulatorami z powodzeniem wymyśli, jak najlepiej skonstruować wieloskalowe cząstki w celu uzyskania lepszych akumulatorów – mówi Koratkar.
O Rensselaer Polytechnic Institute
Założony w 1824 r. Rensselaer Polytechnic Institute jest pierwszą technologiczną uczelnią badawczą w obu Amerykach. Rensselaer obejmuje pięć szkół, ponad 30 ośrodków badawczych, ponad 140 programów akademickich. Dzięki prawie 200-letniemu doświadczeniu w rozwijaniu wiedzy naukowej i technologicznej, Rensselaer koncentruje się na rozwiązywaniu globalnych wyzwań w duchu pomysłowości i współpracy.
Źródło: Rensselaer Polytechnic Institute
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
