Klemsoni ülikooli teadlaste elektrifitseerimine võib viia kergemate, kiiremate laadimisakude loomiseni, mis sobivad kosmoseülikonna või isegi Marsi kulguri toidemiseks.
Teadus, mida rahastas NASA, oli hiljuti teatatud artiklis pealkirjaga "Kolmemõõtmeline Si Anodes kiire difusioon, kõrge võimsus, high Rate Capability ja pika tsükli life", mis ilmus American Chemical Society ajakirja Applied Materials and Interfaces. Selle autorid on Shailendra Chiluwal, Nawraj Sapkota, Apparao M. Rao ja Ramakrishna Podila, kes kõik on osa Clemson Nanomaterials Institute (CNI).
Podila, assistent professor College of Science's department of Physics and astronoomia, ütles revolutsiooniline uus patareid võiks varsti kasutada USA satelliite.
"Enamik satelliite peamiselt saada oma võimu päikese," Podila ütles. "Aga satelliidid peavad suutma säästa energiat, kui nad on Maa varjus. Me peame akusid võimalikult kergeks tegema, sest mida rohkem satelliit kaalub, seda rohkem selle missiooni maksab."
Podila ütles, et mõista rühma läbimurret, võid visualiseerida grafiit anoodi liitium-ioon aku nagu kaardipakk, kusiga kaart esindab kiht grafiit, mida kasutatakse salvestada tasuta kuni elekter on vaja. Probleem, Podila ütles, on see, et "grafiit ei saa salvestada palju tasu."
Clemson meeskond otsustas töötada räni, mida saab pakkida rohkem tasuta, mis tähendab, et rohkem energiat saab salvestada kergemad rakud. Kuigi teadlased on pikka aega hinnanud suure võimsusega räni elektrisalvestis, see materjal laguneb väiksemateks tükkideks, sest see laengud ja eritised.
Lahendus meeskond tulid välja hõlmab kasutamist väike räni "nanosized" osakesed, mis suurendavad stabiilsust ja pakkuda pikemat tsükli eluiga. Grafiidist valmistatud kaartide asemel kasutavad uued patareid süsinik-nanotoru materjali Buckypaper'i kihte, mille vahel on silikoonnanoosakesed.
Sellise sisepakendi, isegi kui räni osakesed lagunevad, nad on "ikka võileib," Podila ütles.
"Eraldiseisvad lehed süsiniku nanotorud hoida räni nanoosakesed elektriliselt omavahel seotud," ütles Shailendra Chiluwal, lõpetanud üliõpilane CNI ja esimene autor uuring.
"Need nanotorud moodustavad kolmemõõtmelise struktuuri, hoiavad räni nanoosakesi koos isegi pärast 500 tsüklit ja leevendavad nanoosakeste purunemisest tulenevat elektritakistust."
Ränist ja muudest nanomaterjalidest valmistatud patareide kasutamine mitte ainult ei suurenda võimsust, vaid võimaldab ka akude laadimist suurema vooluga, mis tähendab kiiremat laadimisaega. Nagu igaüks, kelle mobiiltelefon on kunagi surnud keset telefonikõne teab, see on oluline omadus aku tehnoloogia.
Kiirem laadimine on võimalik, sest uued akud kasutavad nanotorusid ka puhvermehhanismina, mis võimaldab laadimist kiirusega neli korda kiiremini kui praegu võimalik.
Kergemad akud, mis küsivad kiiremini ja pakuvad oluliselt suuremat tõhusust, ei ole mitte ainult õnnistuseks astronautidele, kes kannavad akutoitega ülikondi, vaid ka teadlastele ja inseneridele, kes peavad astronaudid sihtkohta.
"Silicon nagu anoodi liitium-ioon aku esindab "püha Graal" teadlaste selles valdkonnas," ütles Rao, CNI direktor ja peamine uurija NASA toetust. Rao ütles ka, et uued patareid leiavad peagi tee elektrisõidukitesse.
"Meie järgmine eesmärk on teha koostööd tööstuspartneritega, et tõlkida see laboripõhine tehnoloogia turule," ütles Podila, vastava uuringu autor ja NASA stipendiumi kaasuurija. "Me oleme tänulikud NASA ja Lõuna-Carolina EPSCoR anda auhinna selliste projektide, mis on püsiv mõju kosmosemissioonide ja ülemaailmse energia maastikku."
