Pozrite si
Bude možné batériu mobilného telefónu nabiť za pár sekúnd namiesto desiatok minút? Výskumníci z Drexel University sú presvedčení, že takáto vízia sa môže stať skutočnosťou, vďaka nedávno odhalenému novému dizajnu batériovej elektródy. Výskum bol publikovaný v magazíne Nature Energy.
Ak chcete dnes zdroj energie, ktorý je schopný nabiť sa za pár sekúnd, siahnete po superkapacitore. Ten dokáže energiu rýchlo nielen akumulovať, ale aj uvoľniť, preto sa používa napríklad na napájanie fotografických bleskov. Lenže superkapacitory majú oproti chemickým batériám aj nevýhodu – nižšiu energetickú hustotu a nižšiu kapacitu.
Vedecký tím, ktorý na Drexel University vedie profesor Yury Georgievich Gogotsi, ukázal že všeobecne akceptované dogmy často neplatia absolútne. V tomto prípade vyvrátili pravidlo, že ukladanie elektrického náboja chemickou cestou, používanou v batériách, je vždy pomalšie, ako ukladanie v elektrických dvojvrstvových kondenzátoroch, známych ako superkapacitory.
Kľúčom sú špeciálne tenké elektródy vyrobené z nanomateriálu s názvom MXene. Tieto elektródy sa dokážu nabiť rádovo za desiatky milisekúnd, čo umožňuje ich vysoká elektrická vodivosť.
Elektródy sú základnými zložkami batérií. Energia je v nich ukladaná počas nabíjania a čerpaná pri vybíjaní, ktoré napája elektronické zariadenia. Takže ideálny dizajn pre elektródy je taký, ktorý umožní ich rýchle nabíjanie a uloženie väčšieho množstva energie.
Viac uloženej energie je však viazané na viac miesta. Náboj v elektródach batérií sa viaže na porty nazývané redoxné aktívne pozície, a viac takýchto portov prináša vyššiu kapacitu batérie.
„V tradičných batériách a superkapacitoroch putujú ióny kľukatou cestu ku skladovacím portom, čo všetky procesy nielen spomaľuje, ale tiež vytvára situáciu, keď len veľmi málo iónov pri rýchlom nabíjaní skutočne dosiahne svoj cieľ“, uviedla spoluautorka výskumu Maria Lukatskaya, PhD.
Ideálna elektródová architektúra by mala pripomínať viacpruhovú vysokorýchlostnú diaľnicu, po ktorej sa ióny presúvajú do príslušných portov, namiesto toho, aby používali úzke jednosmerky. Dizajn makroporéznej elektródy vyvinutej na Drexler University tento cieľ dosahuje, keď umožňuje rýchle nabíjanie – rádovo za niekoľko sekúnd, hovorí Lukatskaya.
Nová technológia môže priniesť výkonnejšie batérie nielen pre elektroniku, ale hlavne pre rozmáhajúce sa elektromobily. Aj keď v tomto prípade by bol asi problém nabiť povedzme 60-, alebo 90 kWh batériu napríklad za minútu. Nabíjací portál by musel mať výkon niekoľkých MW, aby čosi také zvládol. Ale to je už iná téma.
Napriek všetkému sa zdá, že dizajn batériových elektród na báze MXene približuje rýchlo nabíjateľné batérie stále viac k realite.
Zdroj