Наука и технологии

Инженеры смогли создать кольцевой цинк-ионный аккумулятор

image

Chanhoon Kim et al. / ACS Nano, 2018

Корейские и американские инженеры научились создавать цинк-ионные аккумуляторы произвольной формы, которые могут без вреда для них контактировать с воздухом или влагой. Для демонстрации возможностей метода авторы создали несколько носимых устройств, в том числе кольцо с датчиком темноты.

Статья с описанием разработки опубликована в ACS Nano.

На сегодняшний день в большинстве устройств используются литий-ионные аккумуляторы. Их главное преимущество заключается в высокой плотности энергии. Тем не менее, литий-ионные аккумуляторы обладают и множеством недостатков. В них используется литий, запасы которого ограничены, поэтому сырье для их создания стоит достаточно дорого. Кроме того, в них зачастую используется огнеопасный органический электролит, а из-за образования на электродах литиевых дендритов такие аккумуляторы нередко самопроизвольно загораются из-за короткого замыкания. Из-за этого ученые исследуют другие материалы для создания аккумуляторов, в том числе цинк, аккумуляторы из которого более безопасны и устойчивы к воздействию окружающей среды.

Инженеры под руководством Дженнифер Льюис (Jennifer Lewis) из Гарвардского университета разработали новый метод создания цинк-ионных аккумуляторов, позволяющих задавать им сложную форму, удобную для использования в носимых устройствах. Сначала создается несплетенный массив волокон полиакрилонитрила диаметром около 1-1,5 микрометра. После этого массив подвергают карбонизации путем двухчасового нагревания до 900 градусов Цельсия в атмосфере аргона. В результате полимерные волокна превращаются в углеродные и уменьшаются в диаметре до 370 нанометров. В таком виде волокна служат в качестве хорошего гибкого токоприемника. После карбонизации их покрывают полианилином, который часто используется в цинк-ионных аккумуляторов в качестве катода.

 

Схема создания катода Chanhoon Kim et al. / ACS Nano, 2018

Для сборки полноценного аккумулятора инженеры брали вырезанные в нужную форму катод, анод из цинковой пластины, сепаратор из стекловолокна, а также клеммы, выполненные из полиимида, покрытого углеродом. Кроме того, инженеры добавили в аккумулятор электролит, состоящий из одномолярного раствора хлорида цинка. Снаружи аккумулятор защищает пластиковый корпус.

 

Схема и микроструктура одного из прототипов аккумулятора Chanhoon Kim et al. / ACS Nano, 2018

Инженеры создали множество прототипов аккумуляторов и проверили их характеристики. При различных темпах разрядки аккумулятор был способен выдавать напряжение от 0,7 до 1,7 вольта, а его удельная емкость составляла 165 миллиампер-часов на грамм. Тесты на ресурс аккумулятора показали, что после ста циклов зарядки-разрядки его емкость снижается лишь на 15 процентов.

 

Прототип кольца с датчиком темноты Chanhoon Kim et al. / ACS Nano, 2018

Для демонстрации преимущества метода инженеры создали прототип кольца, внутри которого расположен аккумулятор, а сверху — датчик темноты. Он состоит из простой платы с фотодетектором и светодиодом. При падении освещения до определенного уровня плата включает светодиод, питаемый от аккумулятора.

Недавно американские инженеры научились печатать на 3D-принтере литий-ионные аккумуляторы и так же создали из них носимые устройства. Например, они напечатали браслет со светодиодом и солнечные очки с регулируемым уровнем затемнения.

Григорий Копиев

Источник

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s