A Cornell Egyetem kutatócsoportja, Ulrich Wiesner, az Spencer T. Olin, az Anyagtudományi és Mérnöki Tanszék mérnöki professzora vezetésével egy olyan akkumulátor igényével foglalkozik, amely villámgyors töltés lehetőségét hordozza magában.
Ötlet ennek a technológiának a hátterében: „Ahelyett, hogy az elemek anódja és katódja egy nem vezető szeparátor mindkét oldalán lenne, fonja össze az alkatrészeket egy önállóan összeszerelő, 3D giroszkópos szerkezetben, több ezer nanoméretű pórus töltve meg az energiához szükséges alkatrészekkel tárolás és szállítás ”.
"Ez valóban forradalmi akkumulátor-architektúra" - mondta Wiesner, akinek csoportjának "Block Copolymer Derived 3-D Interpenetrating Multifunctional Gyroidal Nanohybrid for Electrical Energy Storage " című munkája május 16-án jelent meg az Energy and Environmental Science című kiadványban, a Royal Society kiadványában. kémia.
"Ez a háromdimenziós architektúra alapvetően kiküszöböli a készülék elhalt mennyiségének minden veszteségét" - mondta Wiesner. „Ennél is fontosabb, hogy ezeknek a behatolt tartományoknak a méretei nanoméretig történő csökkentésével, ahogy tettük, nagyságrendekkel nagyobb teljesítménysűrűséget kapunk. Más szavakkal, sokkal rövidebb idő alatt érheti el az energiát, mint általában a hagyományos akkumulátor-architektúrákkal. ”
Milyen gyors ez? Wiesner elmondta, hogy mivel az akkumulátor elemei nanoméretig zsugorodtak, „mire másodpercek alatt, talán még gyorsabban is beteszi a kábelét az aljzatba, az akkumulátor feltöltődik”.
Ez a 3D-akkumulátor koncepciója blokk-kopolimer önszerelésen alapul, amelyet más elektronikus eszközökben használtak, beleértve a giroidális napelemet és a giroidális szupravezetőt. A munka vezető szerzője, Joerg Werner kísérletezett az önállóan összeszerelő szűrőmembránokkal, és arra gondolt, vajon alkalmazható-e ez az elv a szén-dioxid-anyagokra az energiatároláshoz.
A giroidális vékony szénfóliák - az akkumulátor anódja, amelyet blokk-kopolimer önszereléssel állítottak elő - periodikus pórusok ezrei voltak, 40 nanométer széles nagyságrendben. Ezeket a pórusokat további 10 nanométer vastagsággal vonjuk be, amely elektronikusan szigetelt, de ionvezető szeparátort elektropolimerizációval vontunk be, amely a folyamat természeténél fogva lyukmentes elválasztóréteget eredményez. És ezek a hibák, például a szeparátor lyukai, katasztrofális meghibásodáshoz vezethetnek, ami tüzet okozhat a mobil eszközökben, például a mobiltelefonokban és a laptopokban.
A lépés a második lépésre, amely katódanyag hozzáadása. Ebben az esetben adjon megfelelő mennyiségű ként, amely nem teljesen tölti ki a pórusok többi részét. A kén azonban képes befogadni elektronokat, de nem vezet áramot. Az utolsó lépés egy elektronikusan vezető polimer visszatöltése, PEDOT (poli) néven ismert.
Noha ez az architektúra bizonyítja a koncepciót, Wiesner szerint nem kihívások nélküli. Az akkumulátor lemerülése és feltöltése során bekövetkező hangerő-változás fokozatosan rontja a PEDOT töltőkollektort, amely nem tapasztalja a kén mennyiségének tágulását.
- Amikor a kén kitágul - mondta Wiesner -, vannak ezek a kis polimer darabok, amelyek szétszakadnak, és akkor nem kapcsolódik újra, amikor ismét zsugorodik. Ez azt jelenti, hogy vannak olyan darabok a 3D-s akkumulátorból, amelyekhez nem férhet hozzá. ”
A csapat még mindig megpróbálja tökéletesíteni a technikát, de a koncepció védelme érdekében a beteg védelmét kérte. A munkát a CORNELL Energiaügyi Központja támogatta, és az Egyesült Államok Energetikai Minisztériuma, valamint a National Science Foundation finanszírozta.