Mokslininkai sugalvojo būdą kaip itin greitai įkrauti didelės talpos baterijas

Ilinojaus universiteto (JAV) profesoriaus Polo Brauno (Paul Brown) vadovaujamas mokslininkų kolektyvas sukūrė trimatę nanostruktūrą baterijų katodams, kuri leis žymiai pagreitinti itin talpių baterijų (akumuliatorių) įkrovimą ir, reikalui esant, sudarys sąlygas jų energiją panaudoti kondensatoriaus iškrovos tempais. Išradimas aktualus daug energijos talpinančių, tačiau greitai išeikvojamų akumuliatorių (pvz., neįgaliesiems skirtų elektrinių vežimėlių, medicininės įrangos, lazerinės technikos ir net kasdienio vartojimo elektroninių prietaisų) rinkai.

„Mūsų išrasta sistema vartotojui akumuliatorių sąlygomis suteikia kondensatoriaus galią, – analogiją išradimo efektyvumui iliustruoti pasitelkia medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius P. Braunas. – Daugelyje kondensatorių energijos sukaupiama gana nedaug, o ji visa išeikvojama žaibiškai. O štai akumuliatoriuose – atvirkščiai: šie pajėgūs sukaupti daug energijos, tačiau ta energija, esant reikalui, negali būti išnaudojama žaibiškai – ji naudojama (ir įkraunama) lėtai. Mūsų išradimas aprėpia ir greitą įkrovimą, ir greitą iškrovą, neaukojant akumuliatoriaus talpos.

Įprastų ličio jonų ar nikelio metalo hibrido įkraunamų elementų veikimas pastebimai išsiderina, kai juos mėginama greitai įkrauti ar iškrauti. Iš tam tikros plonos plėvelės pagamintas aktyvus priedas baterijos viduje sudaro sąlygas ją sparčiai įkrauti ar iškrauti.

Išradimo autoriai jau yra demonstravę baterijų elektrodus, kuriais baterija pakraunama arba iškraunama vos per keletą sekundžių – dešimtis ir šimtus kartų sparčiau nei įprastų baterijų elektrodai. Tiesa, elektrodai-sprinteriai gali veikti ir kur kas lėtesniu normaliu įkrovimo ar iškrovimo režimu.

Šis išradimas leistų, reikalui esant, per keletą sekundžių įkrauti taip pat ir mobiliųjų telefonų, o per keletą minučių – nešiojamųjų kompiuterių baterijas. Žinoma, įkrovimo/iškrovimo sistemos patobulinimas neabejotinai rastų savo vietą ir galingų lazerių bei širdies defibriliatorių rinkoje. Išradimo autoriai optimistiškai vertina ir savo kūrinio pritaikomumą elektriniuose vežimėliuose, kurių galimybes gerokai riboja spartus baterijų išsieikvojimas ir daug laiko reikalaujantis jų įkrovimas.

„Jei elektrinius vežimėlius būtų galima įkrauti žaibiškai, o ne valandų valandomis, jų energijos papildymas truktų ne ilgiau nei degalų užpylimas degalinėje, – pastebi P.Braunas. – Pakaktų ir keleto minučių. Tada savo kelionę neįgalusis galėtų planuoti panašiai, kaip savo keliones planuoja vidaus degimo variklį turinčią transporto priemonę vairuojantys asmenys. Tereiktų sustoti „degalinėje“ ir per keletą minučių „užsipilti bakus“.

Mokslininkai tvirtina, jog jų išradimas gali būti pritaikytas ir didesnių energijos sąnaudų reikalaujančiuose gamybos bei kituose pramoniniuose procesuose.

Trimatė struktūra gaminama taip: pirmiausiai formuojamas paviršius plonyčiais smulkių burbuliukų sluoksniais padengiamas taip, kad iš jų suformuojama tinklelio pavidalo faktūra. Iš pirmo žvilgsnio, suformuoti tokią faktūrą reiktų daug laiko ir energijos sąnaudų, tačiau nebrangūs burbuliukai į savo vietas pasiskirsto automatiškai.

Tada tuščios ertmės tarp burbuliukų užpildomos metalu. Burbuliukai jame išsilydo (ištirpsta), suformuodami korėtus trimačius metalo „pastolius“, savo struktūra primenančius kempinę. Toliau atliekama elektropoliravimo procedūra, kurios metu metalo paviršius išgraviruojamas – tokiu būdu padidinamas korėtumas ir sukuriama atvira struktūra. Galiausiai inžinieriai gautą struktūra padengia plona aktyviosios medžiagos plėvele.

Rezultatas – elektrodų struktūra su smulkiomis jungtimis, kurioje ličio jonai gali judėti labai sparčiai. Struktūra yra metalinė, tad pasižymi geru elektros srovės laidumu. Struktūra tinka tiek ličio jonų, tiek nikelio, tiek bet kurio kito metalo pagrindu veikiančioms baterijoms.

„Puiku ir patogu yra tai, kad mūsų sukurta sistema yra universali ir lengvai pritaikoma įvairaus tipo baterijoms, – pažymi P. Braunas. – Mūsų koncepcija dar labiau pravers tuo atveju, jei kas nors pajėgs sukurti efektyvesnę baterijų cheminę sudėtį.“

   

Facebook komentarai