Iwadi ti ṣe awari ọna lati ṣe awọn batiri ti a lo lojoojumọ lati ni agbara diẹ sii, lagbara ati ailewu.
Ọdun naa jẹ ọdun 2018 ati pe awọn igbesi aye ojoojumọ wa ni bayi nipasẹ awọn ohun elo oriṣiriṣi eyiti boya ṣiṣẹ lori ina tabi lori awọn batiri. Igbẹkẹle wa lori awọn irinṣẹ ati awọn ẹrọ ti batiri ti n ṣiṣẹ n dagba ni iyalẹnu. A batiri jẹ ẹrọ ti o tọju agbara kemikali ti o yipada si ina. Batiri ni o wa likemini kemikali reactors nini lenu producing electronsfull ti agbara eyi ti o ṣàn nipasẹ awọn ita device.W Boya awọn oniwe-foonu alagbeka tabi kọǹpútà alágbèéká tabi awọn miiran ani ina awọn ọkọ ti, batiri – gbogbo litiumu-dẹlẹ – ni akọkọ orisun agbara fun awọn wọnyi imo ero. Bi imọ-ẹrọ ṣe n tẹsiwaju siwaju, ibeere lemọlemọfún wa fun iwapọ diẹ sii, agbara giga, ati awọn batiri gbigba agbara ailewu.
Awọn batiri ni itan gigun ati ologo. Onimo ijinlẹ sayensi ara ilu Amẹrika Benjamin Franklin kọkọ lo ọrọ naa “batiri” ni ọdun 1749 lakoko ti o n ṣe awọn idanwo pẹlu ina mọnamọna nipa lilo akojọpọ awọn capacitors ti o sopọ. Onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ará Ítálì Alessandro Volta dá batiri àkọ́kọ́ lọ́dún 1800 nígbà tí àwọn disiki tí wọ́n fi bàbà (Cu) àti zinc (Zn) tí wọ́n yà sọ́tọ̀ nípa aṣọ tí wọ́n fi omi iyọ̀ sí. Batiri acid-acid, ọkan ninu awọn batiri gbigba agbara ti o pẹ julọ ati Atijọ julọ ni a ṣẹda ni ọdun 1859 ati pe o tun lo ninu ọpọlọpọ awọn ẹrọ paapaa loni pẹlu ẹrọ ijona inu ninu awọn ọkọ.
Awọn batiri ti wa ni ọna pipẹ ati loni wọn wa ni titobi titobi lati awọn titobi Megawatt nla, nitorina ni imọran wọn ni anfani lati fi agbara pamọ lati awọn oko-oorun ati ina awọn ilu kekere tabi wọn le jẹ kekere bi awọn ti a lo ninu awọn iṣọ itanna. , iyanilẹnu ni kii ṣe. Ninu ohun ti a npe ni batiri akọkọ, iṣesi ti o nmu sisan ti awọn elekitironi jẹ eyiti a ko le yipada ati nikẹhin nigbati ọkan ninu awọn ifaseyin rẹ ba jẹ batiri naa di alapin tabi kú. Batiri akọkọ ti o wọpọ julọ jẹ batiri zinc-erogba. Awọn batiri akọkọ wọnyi jẹ iṣoro nla ati ọna kan ṣoṣo lati koju sisọnu iru awọn batiri ni lati wa ọna kan ninu eyiti wọn le tun lo - eyiti o tumọ si nipa ṣiṣe wọn ni gbigba agbara. Rirọpo awọn batiri pẹlu titun jẹ o han gbangba pe ko wulo ati nitorinaa bi awọn batiri ṣe di diẹ sii alagbara ati nla o di nextto soro ko si darukọ oyimbo gbowolori lati ropo wọn ki o si sọ wọn.
Batiri Nickel-cadmium (NiCd) jẹ awọn batiri gbigba agbara olokiki akọkọ ti o lo alkali bi elekitiroti. Ni ọdun 1989 awọn batiri hydrogen nickel-metal (NiMH) ni idagbasoke nini igbesi aye gigun ju awọn batiri NiCd lọ. Sibẹsibẹ, wọn ni diẹ ninu awọn ailagbara, ni pataki pe wọn ni itara pupọ si gbigba agbara ati igbona pupọ ni pataki nigbati wọn ba gba agbara sọ si iwọn ti o pọju wọn. Nitorinaa, wọn ni lati gba agbara laiyara ati farabalẹ lati yago fun ibajẹ eyikeyi ati nilo awọn akoko pipẹ lati gba agbara nipasẹ awọn ṣaja ti o rọrun.
Ti a ṣe ni ọdun 1980, awọn batiri Lithium-ion (LIBs) jẹ awọn batiri ti o wọpọ julọ ni olumulo. itanna awọn ẹrọ loni. Litiumu jẹ ọkan ninu awọn eroja ti o fẹẹrẹfẹ ati pe o ni ọkan ninu awọn agbara elekitirokemika ti o tobi julọ, nitorinaa apapo yii jẹ apere fun ṣiṣe awọn batiri. Ni awọn LIBs, awọn ions lithium n gbe laarin awọn amọna oriṣiriṣi nipasẹ elekitiroti eyiti o jẹ iyọ ati Organic olomi (ni julọ ibile LIBs). Ni imọ-jinlẹ, irin litiumu jẹ irin ti itanna to dara julọ ti o ni agbara giga pupọ ati pe o jẹ yiyan ti o dara julọ fun awọn batiri. Nigbati awọn LIBs n ṣe gbigba agbara, ion litiumu ti o ni agbara daadaa di irin lithium.Bayi, LIBs jẹ awọn batiri gbigba agbara olokiki julọ fun lilo ni gbogbo iru awọn ẹrọ to ṣee gbe nitori igbesi aye gigun ati agbara giga. Sibẹsibẹ, iṣoro pataki kan ni pe elekitiroti le yọkuro ni irọrun, nfa ọna kukuru ninu batiri ati eyi le jẹ eewu ina. Ni iṣe, awọn LIBs jẹ riru gaan ati aiṣedeede bi akoko pupọ awọn itọsi litiumu di ti kii-uniform.LIBs tun ni idiyele kekere ati awọn oṣuwọn idasilẹ ati awọn ifiyesi ailewu jẹ ki wọn ko ṣee ṣe fun ọpọlọpọ awọn agbara giga ati awọn ẹrọ agbara giga, apẹẹrẹ ina ati awọn ọkọ ina mọnamọna arabara. LIB ti royin lati ṣafihan agbara to dara ati awọn oṣuwọn idaduro ni awọn iṣẹlẹ to ṣọwọn pupọ.
Nitorinaa, gbogbo kii ṣe pipe ni agbaye ti awọn batiri bi ni awọn ọdun aipẹ ọpọlọpọ awọn batiri ti a ti samisi bi ailewu nitori wọn mu ina, jẹ alaigbagbọ ati nigbakan ailagbara. Awọn onimo ijinlẹ sayensi ni agbaye wa ni wiwa awọn batiri ile ti yoo jẹ kekere, gbigba agbara lailewu, fẹẹrẹfẹ, diẹ sii ni agbara ati ni akoko kanna diẹ sii ni agbara.Nitorina, idojukọ ti yipada si awọn elekitiroti-ipinle ti o lagbara bi yiyan ti o pọju. Mimu eyi bi awọn aṣayan ifọkansi ti gbiyanju nipasẹ awọn onimọ-jinlẹ, ṣugbọn iduroṣinṣin ati iwọn ti jẹ idiwọ ti ọpọlọpọ awọn iwadii naa. Awọn elekitiroti polima ti ṣe afihan agbara pataki nitori wọn kii ṣe iduroṣinṣin nikan ṣugbọn tun rọ ati tun ilamẹjọ. Laisi ani, ọrọ akọkọ pẹlu iru awọn elekitiroti polima ni iṣesi ti ko dara ati awọn ohun-ini ẹrọ.
Ninu iwadi laipe kan ti a tẹjade ni ACS Awọn lẹta Nano, awọn oluwadi ti fihan pe aabo batiri ati paapaa ọpọlọpọ awọn ohun-ini miiran le ni ilọsiwaju nipasẹ fifi awọn nanowires kun, ṣiṣe batiri naa ga julọ. Ẹgbẹ yii ti awọn oniwadi lati Ile-ẹkọ giga ti Imọ-ẹrọ ati Imọ-ẹrọ, Ile-ẹkọ giga Zhejiang ti Imọ-ẹrọ, China ti kọ lori iwadii iṣaaju wọn nibiti wọn ṣe magnẹsia borate nanowires eyiti o ṣafihan awọn ohun-ini ẹrọ ti o dara ati adaṣe. Ninu iwadi lọwọlọwọ wọn ṣayẹwo boya eyi yoo tun jẹ otitọ fun awọn batiri nigbati iru bẹ nanowires ti wa ni afikun si a ri to-ipinle polima electrolyte. Electrolyte-ipinle ti o lagbara ni a dapọ pẹlu 5, 10, 15 ati 20 iwuwo magnẹsia borate nanowires. O ti rii pe awọn nanowires pọ si iṣiṣẹ iwa-ipa ti electrolyte polymer-ipinle to lagbara eyiti o jẹ ki awọn batiri diẹ sii ti o lagbara ati resilient nigbati akawe si iṣaaju laisi nanowires. Ilọsoke ni ifarakanra jẹ nitori ilosoke ninu nọmba awọn ions ti n kọja ati gbigbe nipasẹ elekitiroti ati ni iwọn iyara pupọ. Gbogbo iṣeto naa dabi batiri ṣugbọn pẹlu awọn nanowires ti a ṣafikun. Eyi ṣe afihan iṣẹ ṣiṣe ti o ga julọ ati awọn iyipo ti o pọ si ni akawe si awọn batiri deede. Idanwo pataki ti inflammability tun ṣe ati pe a rii pe batiri naa ko jo. Awọn ohun elo to ṣee gbe lọpọlọpọ ti ode oni bii awọn foonu alagbeka ati kọǹpútà alágbèéká nilo lati ni igbegasoke pẹlu agbara ti o pọju ati iwapọ julọ ti o fipamọ. Eyi han gbangba pe o pọ si eewu ti idasilẹ iwa-ipa ati pe o le ṣakoso fun iru awọn ẹrọ nitori ọna kika kekere ti awọn batiri ti o nilo. Ṣugbọn bi awọn ohun elo ti o tobi ju ti awọn batiri ṣe apẹrẹ ati igbiyanju, ailewu, agbara ati agbara dawọle pataki julọ.
***
{O le ka iwe iwadii atilẹba nipa titẹ ọna asopọ DOI ti a fun ni isalẹ ninu atokọ ti awọn orisun ti a tọka si}
Orisun (s)
Sheng O et al. 2018. Mg2B2O5 Nanowire Mu ṣiṣẹ Multifunctional Solid-State Electrolytes pẹlu Imudara Ionic Giga, Awọn ohun-ini Mechanical Ti o dara julọ, ati Iṣe-Retardant Ina. Awọn lẹta Nano. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
