Огнеопасный литий в батареях могут заменить пластиками

С начала 1970-х литий был самым популярным элементом в батареях: он легче всех металлов и обладает крупнейшим электрохимическим потенциалом.

Литий-ионные источники питания весьма популярны: ими оснащают даже джойстики для игровых приставок.

И все же есть у батареи на основе лития серьезный недостаток: она весьма огнеопасна, и если перегреется, то вполне может загореться. Долгие годы ученые искали, чем бы заменить пожароопасную батарею, чтобы новая обладала теми же преимуществами, что и литиевая. И хотя очевидной альтернативой могут показаться пластики, ученые до конца не знают, что произойдет с материалом после пропуска ионного заряда.

И вот теперь ученые из школы инжиниринга Маккормика Северозападного университета объединили две традиционные теории в материаловедении, которые способны объяснить, как заряд определяет структуру материала. Это открывает двери для множества применений, включая новый класс батарей.

«Есть большая потребность избавиться от лития в огнеопасном растворе», сообщила Моника Олвера-де ла Круз, старший автор исследования. „Ведется поиск не взрывающихся альтернатив, таких как пластики. Однако оставалось неясным, что будет с пластиками после проведения заряда“.

Ученые исследовали пластики, известные как блок-сополимеры, которые представляют собой два типа склеенных полимеров. Они являются ведущим материалом для использования в качестве ионных проводников, поскольку самостоятельно собираются в наноструктуры, одновременно проводящие ионы и сохраняющие структурную целостность. Блок-сополимеры имеют наноканалы, через которые могут пройти ионы, однако формой этих каналов управляют сами заряды. Чтобы использовать материал в батареях, ученым необходимо найти способ управлять формой наноканалов так, чтобы заряд хорошо проходил по ним.

«Если удастся оптимизировать способность заряда перемещаться через систему, то удастся усовершенствовать и исходящее электропитание батареи», отметил постдок Чарльз Синг, первый автор исследования.

Проблема заключается в структуре материала. Блок-сополимеры — длинные цепи молекул. Когда они растягиваются, то простираются на большие расстояния, чем типичный размер ионных зарядов. Однако заряды оказывают мощный эффект на наноканалы, и это несмотря на то, что они намного меньше. Чтобы понять динамику блок-сополимеров, требуются разные теории для различных линейных масштабов.

Синг и профессор Джос Жваниккен объединили две традиционные теории: последовательную полевую теорию и теорию жидкого состояния. Последовательная полевая описывает, как ведут себя длинные молекулы.

«С другой стороны, теория жидкого состояния описывает, как заряды действуют на атомном уровне», добавил Жваниккен.

Хотя обе теории изучались десятилетиями, ранее никто не объединял их. В объединении они обеспечивают новый метод анализа систем наноканалов. Электрический заряд, известный как ион, связан с обратно заряженной молекулой, известной как противоион, который также присутствует в наноканале. Вместе ионы и противоионы притягиваются друг к другу и формируют соль. Соли скапливаются в небольшие кристаллы, которые воздействуют на наноканалы, меняя их структуру.

Олвера-де ла Круз и ее группа установили, что два этих эффекта уравновешивают друг друга: соли формируют кристаллики, которые деформируют наноканалы. С учетом новых сведений становится возможным прогнозировать и даже проектировать систему, через которую проходят ионы, благодаря чему можно усилить мощность и отдачу батарей.

Ученые надеются, что их открытие будет направлять экспериментаторов в процессе испытания материалов. Это даст исследователям больше информации о физических концепциях, лежащих в основе блок-сополимерных систем.

«Мы обеспечили инструменты для понимания этих систем за счет включения эффектов ионного масштаба в мезомасштабную морфологию полимеров», заключила Олвера-де ла Круз.

10.06.2014


Подписаться в Telegram



Энергия

Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы

Согласно результатам нового исследования, пров...

Ученые нашли способ очистки воды с помощью солнечной энергии
Ученые нашли способ очистки воды с помощью солнечной энергии

Использование электрохимии для разделения...

В России исследуют влияние формы древесины на процесс горения
В России исследуют влияние формы древесины на процесс горения

Исследование ученых ТПУ позволит улучшить...

Никель поможет отказаться от токсичного кобальта в батарейках
Никель поможет отказаться от токсичного кобальта в батарейках

Поскольку литий-ионные батареи используются бу...

Перовскит обрел свое место под солнцем
Перовскит обрел свое место под солнцем

Перовскитные солнечные элементы привлекают бол...

В заброшенных шахтах нашли энергию на триллионы долларов
В заброшенных шахтах нашли энергию на триллионы долларов

Новая технология под названием Подземное ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса