211service.com
Baterie natryskowe mogą zmienić kształt magazynowania energii
Wyobraź sobie malowanie natryskowe boku domu, które nie tylko wytwarza energię ze słońca, ale może ją również przechowywać na później. Nowatorskie podejście do projektowania baterii opracowane przez naukowców z Rice University może umożliwić stosowanie tego i innych rodzajów baterii natryskowych.
Zespół Rice University stworzył ogniwa akumulatorowe na powierzchni płytek łazienkowych, a po naładowaniu przez ogniwo słoneczne był w stanie zasilać światło LED. Źródło: Uniwersytet Ryżowy
Badania, opublikowane ostatni tydzień w Naturze , poszukuje nowego podejścia do produkcji akumulatorów, wykorzystując materiały, które można malować natryskowo na różnych powierzchniach. W połączeniu z elastycznymi obwodami drukowanymi i badaniami nad natryskiwanymi ogniwami słonecznymi technika ta oferuje perspektywę przekształcenia zwykłych obiektów w inteligentne urządzenia o mocy obliczeniowej i pamięci masowej. Inną możliwością jest elektronika użytkowa, taka jak telefony komórkowe lub aparaty fotograficzne, z powłoką baterii.
Konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe są wykonane z wielu warstw różnych komponentów, w tym anody, separatora, katody i folii metalowych do gromadzenia ładunku. Ta struktura galaretki oznacza, że baterie litowo-jonowe są ograniczone do ogniw o kształcie cylindrycznym i prostokątnym lub pryzmatycznym.
Grupa Rice skupiła się na wykorzystaniu płynnych komponentów, które można malować za pomocą aerografu. W jednym eksperymencie pięć tradycyjnych komponentów baterii zostało nałożonych jako warstwy na dziewięć ceramicznych płytek łazienkowych i inne przedmioty gospodarstwa domowego, w tym kufel do piwa, w celu przetestowania. Odkryli, że technikę tę można zastosować do ceramiki, stali nierdzewnej i elastycznych polimerów.
Baterie łazienkowe zostały połączone równolegle i podłączone do panelu fotowoltaicznego, aby świecić światłem LED przez sześć godzin. Baterie dostarczały stałe napięcie 2,4 wolta.
Podstawową nauką stojącą za tymi wysiłkami było znalezienie odpowiedniego składu płynnego dla różnych komponentów akumulatora. Baterie litowo-jonowe często wykorzystują folię aluminiową do gromadzenia ładunku dodatniego, ale przewodzące mikroproszki aluminiowe po rozpyleniu stwarzają problemy zdrowotne, więc grupa zastosowała jednościenne nanorurki do zbierania prądu.
Grupa napotkała również problemy produkcyjne, w których różne warstwy odrywały się po natryskiwaniu. Jako separator naukowcy zdecydowali się na farbę polimerową składającą się z mieszaniny żywicy, pleksiglasu i dwutlenku krzemu w rozpuszczalniku. Najtrudniejszą częścią było osiągnięcie stabilności mechanicznej, a separator odegrał kluczową rolę, powiedział Neelam Singh, główny autor artykułu, w oświadczenie . Ostateczna grubość wynosiła około 200 mikronów, czyli grubość kilku pasm włosów.
Singh opisuje pracę jako nową koncepcję baterii, która uwalnia projektantów od ograniczeń dzisiejszych kształtów. Teraz mamy dowolność w doborze podłoża i kształtu baterii. Możemy produkować baterie nadające się do drukowania na praktycznie każdym materiale, powiedziała w filmie opublikowanym przez laboratorium profesora Pulickela Ajayana w Rice.
Tradycyjna bateria litowo-jonowa ma konstrukcję galaretki (po lewej), podczas gdy technika baterii Rice wykorzystuje farby do składników aktywnych, które można natryskiwać na powierzchnię. Źródło: Uniwersytet Ryżowy
Według Rice'a wydajność akumulatorów jest porównywalna z dzisiejszymi akumulatorami litowo-jonowymi, a pojemność akumulatorów eksperymentalnych była zbliżona do przewidywań, co sugeruje, że proces ten można by dostosować do ręcznych puszek z aerozolem.
W artykule wskazano jednak na jedno istotne ograniczenie pomysłu kupowania puszek z aerozolem tlenku litu i kobaltu w sklepie ze sprzętem do samodzielnego montażu. Elementy akumulatorów litowo-jonowych są wrażliwe na powietrze i wilgoć, co oznacza, że wytwarzanie akumulatorów do natryskiwania bezpośrednio na zewnątrz bez kosztownego sprzętu byłoby niebezpieczne.
Mimo to, ponieważ technika natryskiwania może być stosowana z przemysłowymi pistoletami natryskowymi i nie wymaga egzotycznych materiałów, badania mogłyby zostać skomercjalizowane, jeśli uda się znaleźć przydatne zastosowanie. Oprócz poprawy podstawowej wydajności baterii — cykli ładowania, pojemności, bezpieczeństwa — należy również oszacować koszty.