Екипът на изследователя от университета Корнел, воден от Улрих Визнер, професор по инженерство Спенсър Т. Олин в Катедрата по материалознание и инженерство, се занимава с търсенето на батерия, която има потенциал за светкавично бързо зареждане.
Идея зад тази технология: „Вместо анодът и катодът на батериите да са от двете страни на непроводящ сепаратор, преплетете компонентите в самосглобяема, 3D жироидна структура, с хиляди наноразмерни пори, пълни с компонентите, необходими за енергията съхранение и доставка ”.
„Това е наистина революционна архитектура на батерията“, каза Визнер, чийто доклад на групата „Блок-кополимер, получен от триизмерен взаимодействащ многофункционален гироидален нанохибрид за съхранение на електрическа енергия “, е публикуван на 16 май в изданието „Енергия и околна среда“, издание на Кралското общество. по химия.
„Тази триизмерна архитектура основно премахва всички загуби от мъртвия обем във вашето устройство“, каза Виснер. „По-важното е, че свиването на размерите на тези взаимопроникнали домейни до наномащаба, както направихме, ви дава с порядъци по-висока плътност на мощността. С други думи, можете да получите достъп до енергията за много по-кратки времена, отколкото обикновено се прави с конвенционалните архитектури на батериите. "
Колко бързо е това? Визнер каза, че поради размерите на елементите на батерията, намалени до наномащаба, „докато вкарате кабела си в контакта, за секунди, може би дори по-бързо, батерията ще се зареди“.
Концепцията на тази 3D-батерия се основава на самостоятелно сглобяване на блок-кополимери, което те използват за използване в други електронни устройства, включва жироидна слънчева клетка и жироиден свръхпроводник. Водещ автор на тази работа, Йорг Вернер експериментира със самосглобяващи се филтрационни мембрани и се чуди дали този принцип може да се приложи към въглеродните материали за съхранение на енергия.
Тънките жироидални филми от въглерод - анодът на батерията, генериран от блок-съполимер за самосглобяване - съдържат хиляди периодични пори с ширина порядъка на 40 нанометра. По-нататъшното покриване на тези пори с дебелина от 10 нанометра, която е електронно изолирана, но йонопроводящ сепаратор е покрит чрез електро-полимеризация, която от самото естество на процеса произвежда отделящ слой без дупки. И абсолютно тези дефекти като дупки в сепаратора могат да доведат до катастрофален отказ, който води до пожари в мобилни устройства като мобилни телефони и лаптопи.
Преминаването към втората стъпка, която е добавяне на катоден материал. В този случай добавете сяра в подходящо количество, което не запълва съвсем останалата част от порите. Но сярата може да приема електрони, но не провежда електричество. Последната стъпка е запълване с електронно проводящ полимер, известен като PEDOT (поли).
Въпреки че тази архитектура предлага доказателство за концепцията, каза Виснер, не е без предизвикателства. Промените в силата на звука по време на разреждането и зареждането на батерията постепенно влошават колектора за зареждане PEDOT, който не изпитва разширяване на обема, както сярата.
„Когато сярата се разшири - каза Визнер, - имате тези малки парченца полимер, които се разкъсват и след това не се свързват отново, когато се свият отново. Това означава, че има части от 3D батерията, до които след това нямате достъп. "
Екипът все още се опитва да усъвършенства техниката, но е приложил защитата на пациента върху доказателствената работа. Работата беше подкрепена от Центъра за енергийни материали в CORNELL и финансирана от Министерството на енергетиката на САЩ, както и от Националната научна фондация.