Raffineret sukker tjente som en matrix for et fleksibelt batteri • Arkady Kuramshin • Videnskabsnyheder om "Elements" • Technologies, Chemistry

Raffineret sukker tjente som en matrix til fleksibelt batteri

Fig. 1. Skematisk fremstilling af trinnene til fremstilling af et elektrisk ledende elastisk kompositmateriale bestående af polydimethylsiloxan og reduceret grafenoxid. Elasticitetsgivende polydimethylsiloxan (PDMS) hvid, dets ikke-ledende sammensætning med grafenoxid (GO) brun, når grafenoxid omdannes til reduceret grafenoxid (RGO) det resulterende kompositmateriale erhverver en sort farve. Figur fra den diskuterede artikel iAvancerede materialer

Amerikanske forskere har udviklet en metode til fremstilling af elastiske batterier, idet der anvendes sukkerrør som en skabelon til fremstilling af fleksible elektroder – nøgleelementerne i elektroniske enheder. Det således opnåede natriumionbatteri er ikke ringere end dets elektrokemiske egenskaber til lithium-ion-batterier. Dette er meget vigtigt til brug ved drift af fleksibel bærbar elektronik. Men forud for kommercialiseringen af ​​udviklingen er det nødvendigt at foretage en række forbedringer – for at forlænge levetiden, samt at få store strømforsyninger i størrelse og kapacitet.

Vi bruger næsten hver dag lithium-ion batterier og batterier.De er gode for næsten alle, men for nylig har der været tale om, at lithium simpelthen ikke vil være nok til at fremstille sådanne enheder i de næste to årtier. Litium i jordskorpen er meget mindre end det andet alkalimetal – natrium. Derfor ville det være dejligt at erstatte lithium-ion strømkilder med natriumion. Der er allerede opnået signifikant succes i deres udvikling, men indtil for nylig havde sådanne kilder en vigtig ulempe – de manglede fleksibiliteten og elasticiteten af ​​deres lithiumionanaloger. Elastiske batterier og genopladelige batterier er nødvendige for at sikre fleksibel brugbar elektronik – hudfølere til bestemmelse af fysisk tilstand, medicinske implantater eller fleksible smartphones. Forskere fra Texas lykkedes for nylig at få et fleksibelt og fleksibelt natriumionbatteri.

Amerikanske kemikere har udviklet en metode, hvor der blev opnået fleksible elektroder i flere trin, og de sædvanlige terninger af raffineret sukker hjalp forskerne til at skabe elektroder. Det viste sig, at det materiale, som vi er vant til at se i køkkenet, giver os mulighed for at lave elektroder med den ønskede størrelse, form og porøsitet.Ved den første fase blev en fleksibel og elastisk elektrodbase opnået. Til dette blev en sukkerrør anbragt i en petriskål, der indeholdt en gel med elastisk siliciumholdig polymer – polydimethylsiloxan. Derefter blev petriskålen anbragt i et opvarmet vakuumkammer, hvor gelen trængte ind i sukkerkubens porer på grund af den kapillære effekt, og polymeren dannede en svamp og gentog strukturen af ​​hulrum i sukkerkuben. Derefter slap de af sukker ved simpelthen at nedsænke det polymer-infunderede raffinerede sukker i destilleret vand, hvori sukkeret opløste og polymeren ikke gjorde det.

I anden fase blev porerne i polymersvampen fyldt med grafenoxid, som i tredje trin blev reduceret ved hjælp af hydrogeniodid til en elektrisk ledende reduceret form. Polymerelektrodernes grad af beredskab kunne overvåges simpelthen ved at observere farven af ​​sammensætningen af ​​polymeren og gradenderivaterne: et ikke-ledende kompositmateriale fremstillet af polydimethylsiloxan og grafenoxidbrunt, medens reduktion af grafenoxidet og omdrejning af sammensætningen til en lederbrune bliver sort (figur 1).

Som det viste sig, gav denne tilgang os mulighed for at opnå et materiale med den nødvendige kombination af elasticitet, mekanisk styrke, transporthastighed for natriumioner,nødvendige for at skabe elektrisk strøm og kapacitans. Test har vist, at et fuldt opladet batteri med elektroder fremstillet med sukker kan strække sig over 50% af dets oprindelige længde, og evnen til at strække sig udelukkende af polydimethylsiloxanens mekaniske egenskaber.

Det forventes, at modifikationen af ​​en siliciumholdig polymer eller fremstillingen af ​​et nanokompositmateriale baseret på en anden elastomer vil tillade en forøgelse af elasticiteten af ​​elektroderne og dermed af batteriet. Hvad angår den elektrokemiske ydelse af et nyt batteri, kan det godt konkurrere med de parametre, der er typiske for allerede kendte fleksible strømkilder, som hovedsagelig er lithium-ion-batterier.

En fungerende prototype af et batteri bevarer 90% af sin kapacitet efter et hundrede cykler, der hver består i at strække batteriet til den maksimale længde og vender tilbage til sin oprindelige tilstand. Forskere sikrede en ny strømkilde ved albueforbindelsen og viste, at den person, der udøvede øvelsen, ville holde hånden, leverede natriumionbatteriet energi til den lysdiode, der forårsagede at lyse (figur 2).

Fig. 2. Billeder af elastisk natriumionbatteri, placeret på albuebåndet. Uanset hvordan bøjede armen, batteriet understøtter arbejdet i en kommerciel LED-lampe. Figur fra den diskuterede artikel i Avancerede materialer

Men inden kommercialisering af en ny type strømkilde er det stadig nødvendigt at foretage en række forbedringer i dens design – for at forlænge levetiden, samt at få store strømforsyninger i størrelse og kapacitet. Det håber også, at den foreslåede tilgang til opnåelse af et porøst kompositmateriale også vil være nyttigt til udvikling af fleksible anordninger, der omdanner vedvarende energi til elektricitet.

Kilde: Hongsen Li, Yu Ding, Heinjoo Ha, Ye Shi, Lele Peng, Xiaogang Zhang, Cristopher J. Ellison, Guihua Yu. Et fuldt opladeligt komponent natrium-ion fuld batteri // Avancerede materialer. 2017. DOI: 10.1002 / adma.201700898.

Arkady Kuramshin


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: