Аюулгүй, хүчирхэг батерей үйлдвэрлэхийн тулд нано утас ашиглах

Судалгаагаар бидний өдөр тутам хэрэглэдэг батерейг илүү уян хатан, хүчирхэг, аюулгүй болгох аргыг олж илрүүлжээ.

2018 он бөгөөд бидний өдөр тутмын амьдрал одоо өөр өөр хэрэглүүрээр тэжээгдэж байна. Цахилгаан эсвэл батерей дээр. Батерейгаар ажилладаг хэрэгсэл, төхөөрөмжүүдэд бидний найдах байдал гайхалтай өсч байна. А зай цахилгаан болж хувирдаг химийн энергийг хадгалах төхөөрөмж юм. Батерей нь гадны төхөөрөмжөөр дамжин урсдаг электроноор дүүрэн энерги үүсгэдэг мини химийн реакторууд юм. Гар утас, зөөврийн компьютер эсвэл бусад цахилгаан тээврийн хэрэгсэл ч бай эдгээр технологийн гол эрчим хүчний эх үүсвэр нь батерей буюу ерөнхийдөө лити-ион юм. Технологи хөгжихийн хэрээр илүү авсаархан, өндөр хүчин чадалтай, аюулгүй цэнэглэдэг батерейны эрэлт хэрэгцээ тасралтгүй нэмэгдсээр байна.

Батерей нь урт удаан, гайхамшигтай түүхтэй. Америкийн эрдэмтэн Бенжамин Франклин 1749 онд олон тооны конденсаторуудыг ашиглан цахилгаантай туршилт хийхдээ "батарей" гэсэн нэр томъёог анх хэрэглэж байжээ. Италийн физикч Алессандро Вольта 1800 онд зэс (Cu) ба цайр (Zn) хоёр дискийг давстай усанд дэвтээсэн даавуугаар салгаснаар анхны батерейг зохион бүтээжээ. Хамгийн удаан эдэлгээтэй, хамгийн эртний цэнэглэдэг батерейнуудын нэг болох хар тугалганы хүчлийн батерейг 1859 онд зохион бүтээсэн бөгөөд өнөөг хүртэл олон төхөөрөмж, тэр дундаа автомашины дотоод шаталтат хөдөлгүүрт ашиглаж байна.

Батерей нь маш урт замыг туулсан бөгөөд өнөөдөр том мегаваттаас эхлээд янз бүрийн хэмжээтэй байдаг тул онолын хувьд нарны фермүүдээс эрчим хүч хуримтлуулж, мини хотуудыг гэрэлтүүлэх чадвартай эсвэл электрон цагных шиг жижиг хэмжээтэй байж болно. , гайхалтай биш гэж үү. Анхдагч батерей гэж нэрлэгддэг батерейд электронуудын урсгалыг үүсгэдэг урвал нь эргэлт буцалтгүй бөгөөд эцэст нь түүний урвалд орох бодисуудын аль нэг нь дуусахад батерей нь хагарч эсвэл үхдэг. Хамгийн түгээмэл анхдагч батерей бол цайр нүүрстөрөгчийн батерей юм. Эдгээр анхдагч батерейнууд нь маш том асуудал байсан бөгөөд ийм батерейг устгах асуудлыг шийдэх цорын ганц арга зам бол тэдгээрийг дахин ашиглах аргыг олох явдал байсан бөгөөд энэ нь тэдгээрийг дахин цэнэглэдэг болгох гэсэн үг юм. Батерейг шинээр солих нь мэдээжийн хэрэг боломжгүй байсан тул батерей улам бүр нэмэгдсээр байна хүчтэй Тэднийг солих, устгахад маш их зардал гарах нь бараг боломжгүй юм.

Никель-кадми батерей (NiCd) нь шүлтийг электролит болгон ашигладаг анхны алдартай дахин цэнэглэдэг батерей юм. 1989 онд никель-металл устөрөгчийн батерейг (NiMH) бүтээж, NiCd батерейг бодвол илүү удаан эдэлгээтэй болсон. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь зарим сул талуудтай байсан бөгөөд ялангуяа цэнэглэх үед хэт цэнэглэх, хэт халах зэрэгт маш мэдрэмтгий байсан нь тэдний хамгийн дээд хурдыг хэлдэг. Тиймээс тэдгээрийг гэмтээхгүйн тулд удаан, болгоомжтой цэнэглэх шаардлагатай байсан бөгөөд энгийн цэнэглэгчээр цэнэглэхэд илүү урт хугацаа шаардагдана.

1980 онд зохион бүтээгдсэн лити-ион батерейнууд (LIBs) нь хэрэглэгчдийн дунд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг батерей юм. электрон Өнөөдөр төхөөрөмжүүд. Лити нь хамгийн хөнгөн элементүүдийн нэг бөгөөд хамгийн том цахилгаан химийн потенциалтай тул энэ хослол нь батерей хийхэд тохиромжтой. LIB-д литийн ионууд өөр өөр электродуудын хооронд давс ба электролитээр дамждаг. органик уусгагч (ихэнх уламжлалт LIB-д). Онолын хувьд литийн метал нь маш өндөр хүчин чадалтай цахилгаан эерэг металл бөгөөд батерейны хувьд хамгийн сайн сонголт юм. LIB-уудыг дахин цэнэглэхгүй байх үед эерэг цэнэгтэй литийн ион нь литийн металл болж хувирдаг. Иймээс LIB-ууд нь удаан эдэлгээтэй, өндөр хүчин чадалтай тул бүх төрлийн зөөврийн төхөөрөмжид ашиглах хамгийн түгээмэл цэнэглэдэг батерей юм. Гэсэн хэдий ч нэг гол асуудал бол электролит амархан ууршиж, батерейнд богино холболт үүсгэж, галын аюул учруулж болзошгүй юм. Практикт LIB нь үнэхээр тогтворгүй бөгөөд үр ашиггүй байдаг, учир нь цаг хугацаа өнгөрөхөд литийн ялгарал жигд бус болдог. LIB-ууд нь мөн бага цэнэглэлт ба цэнэггүй байдаг ба аюулгүй байдлын асуудал нь өндөр хүчин чадалтай, өндөр хүчин чадалтай олон машин, жишээ нь цахилгаан болон эрлийз цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд тохиромжгүй болгодог. LIB нь маш ховор тохиолдолд сайн чадавхи, хадгалалтын хувь хэмжээг харуулдаг гэж мэдээлсэн.

Тиймээс батерейны ертөнцөд бүх зүйл төгс байдаггүй, учир нь сүүлийн жилүүдэд олон тооны батерейнууд нь гал авалцдаг, найдваргүй, заримдаа үр ашиггүй байдаг тул аюултай гэж тэмдэглэгдсэн байдаг. Дэлхий даяар эрдэмтэд бага оврын, аюулгүйгээр цэнэглэдэг, хөнгөн, илүү уян хатан, нэгэн зэрэг илүү хүчирхэг батерей бүтээх эрэл хайгуул хийж байна.Тиймээс, боломжит хувилбар болох хатуу төлөвт электролитүүдэд анхаарлаа хандуулсан. Үүнийг зорилго болгон хадгалахыг эрдэмтэд олон хувилбараар туршиж үзсэн боловч тогтвортой байдал, өргөтгөх чадвар нь ихэнх судалгааны ажилд саад болж байна. Полимер электролитууд нь зөвхөн тогтвортой төдийгүй уян хатан, хямд байдаг тул томоохон боломжуудыг харуулсан. Харамсалтай нь ийм полимер электролитийн гол асуудал бол цахилгаан дамжуулах чанар, механик шинж чанар юм.

ACS-д хэвлэгдсэн саяхны судалгаагаар Нано үсэг, судлаачид Батерейны аюулгүй байдал, тэр ч байтугай бусад олон шинж чанарыг түүнд нано утас нэмснээр сайжруулж, батерейг илүү сайн болгодог болохыг харуулсан. БНХАУ-ын Жэжян Технологийн Их Сургуулийн Материал Шинжлэх Ухаан, Инженерийн Коллежийн судлаачдын энэ баг механик шинж чанар, дамжуулах чанар сайтай магнийн боратын нано утас хийсэн өмнөх судалгааныхаа үндсэн дээр хийсэн. Одоогийн судалгаагаар тэд батерейны хувьд энэ нь үнэн эсэхийг шалгасан нано утас хатуу төлөвт полимер электролитэд нэмнэ. Хатуу төлөвт электролитийг 5, 10, 15, 20 жинтэй магнийн боратын нано утастай хольсон. Нано утаснууд нь хатуу төлөвт полимер электролитийн дамжуулалтыг нэмэгдүүлсэн нь нано утасгүй өмнөхтэй харьцуулахад батерейг илүү бат бөх, уян хатан болгосон байна. Дамжуулах чадварын энэхүү өсөлт нь электролитээр дамжин өнгөрөх, хөдөлж буй ионуудын тоо нэмэгдэж, илүү хурдан хурдтай байсантай холбоотой юм. Бүхэл бүтэн тохиргоо нь батерей шиг байсан ч нэмэлт нано утастай байв. Энэ нь ердийн батерейтай харьцуулахад илүү өндөр гүйцэтгэл, цикл нэмэгдсэнийг харуулсан. Мөн шатамхай байдлын чухал туршилтыг хийсэн бөгөөд батерей нь шатаагүй нь харагдсан. Гар утас, зөөврийн компьютер зэрэг өнөө үед өргөн хэрэглэгддэг зөөврийн программуудыг хамгийн их, хамгийн авсаархан хуримтлуулсан эрчим хүчээр шинэчлэх шаардлагатай байна. Энэ нь хүчтэй цэнэг алдагдах эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг нь тодорхой бөгөөд шаардлагатай батерейны формат бага тул ийм төхөөрөмжүүдэд үүнийг зохицуулах боломжтой. Гэхдээ илүү том хэмжээтэй батерейг зохион бүтээж, туршиж үзэхийн хэрээр аюулгүй байдал, бат бөх чанар, хүч чадал нь хамгийн чухал зүйл юм.

***

{Та иш татсан эх сурвалж(ууд)-ын жагсаалтын доор өгөгдсөн DOI холбоос дээр дарж судалгааны эх сурвалжийг уншиж болно}

Эх сурвалж

Sheng O et al. 2018. Mg2B2O5 Nanowire идэвхжүүлсэн, ионы өндөр дамжуулалттай, маш сайн механик шинж чанартай, галд тэсвэртэй олон үйлдэлт хатуу төлөвт электролитууд. Нано үсэг. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659

Хамгийн сүүлийн үеийн

Sukunaarchaeum mirabile: Эсийн амьдралыг юу бүрдүүлдэг вэ?  

Судлаачид симбиотик харилцаатай шинэ археоныг илрүүлжээ...

3I/ATLAS сүүлт од: Нарны аймагт ажиглагдсан гурав дахь од хоорондын биет  

ATLAS (Астероидын хуурай газрын нөлөөллийн сүүлчийн дохиоллын систем) нь...

Вера Рубин: Андромедагийн шинэ дүр төрх (M31) Хүндэтгэлийн үеэр гарсан 

Вера Рубины Андромедаг судалсан нь бидний мэдлэгийг баяжуулсан...

Хятадад жимсний сарьсан багваахайгаас хоёр шинэ төрлийн хенипавирус илрүүлжээ 

Генипавирусууд, Хендра вирус (HeV) болон Нипах вирус (NiV) нь...

Иран дахь цөмийн байгууламжууд: Зарим орон нутгийн цацраг идэвхт бодисууд 

Тус агентлагийн үнэлгээгээр зарим орон нутгийн...

сонин

-Г бүү алдаарай

Ресвератрол нь Ангараг гаригийн хэсэгчилсэн таталцлын үед биеийн булчинг хамгаалах чадвартай

Хэсэгчилсэн таталцлын нөлөө (Ангараг дээрх жишээ)...

Monkeypox нь Корона замаар явах уу? 

Сармагчингийн вирүс (MPXV) нь салхин цэцэг өвчинтэй нягт холбоотой бөгөөд...

Supermassive Binary Black Hole OJ 287-ийн бамбарууд нь "Үс байхгүй" теоремыг хязгаарладаг.

НАСА-гийн хэт улаан туяаны ажиглалтын төв Спитцер саяхан галын дэлбэ...

Сэтгэлийн хямрал, түгшүүрийн талаар илүү сайн ойлголттой болохын тулд

Судлаачид гутранги сэтгэлгээний үр нөлөөг нарийвчлан судалж үзжээ.
SCIEU баг
SCIEU багhttps://www.scientificeuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Шинжлэх ухааны томоохон дэвшил. Хүн төрөлхтөнд үзүүлэх нөлөө. Урам зориг өгдөг оюун ухаан.

Нарны динамо: "Нарны тойрог зам" нь нарны туйлын анхны зургийг авчээ

Нарны динамогийн талаар илүү сайн ойлголттой болохын тулд нарны туйлуудыг судлах нь зайлшгүй шаардлагатай, гэхдээ өнөөг хүртэл нарны бүх ажиглалтыг ...

Sukunaarchaeum mirabile: Эсийн амьдралыг юу бүрдүүлдэг вэ?  

Судлаачид далайн бичил биетний системээс симбиотик харилцаатай шинэ археоныг олж илрүүлсэн бөгөөд энэ нь геномын хэмжээ эрс багасч, геномын хэмжээ эрс багасдаг...

3I/ATLAS сүүлт од: Нарны аймагт ажиглагдсан гурав дахь од хоорондын биет  

ATLAS (Астероидын хуурай газрын нөлөөллийн сүүлчийн дохиоллын систем) 30-ний өдөр авсан дөрвөн 01 секундын судалгааны зургаас NEOCP (Near-Earth Object Confirmation Page) нэр дэвшигчийг илрүүлжээ.