Batteriematerialien auf Nanodrahtbasis können hunderttausendfach aufgeladen werden

Der Batterieverbrauch war zu schnell und für viele Produkte nicht sehr angenehm. Wenn die Batterie ohne Ersatz ausgetauscht werden kann, wäre sie perfekt. Kürzlich haben Forscher in den USA herausgefunden, dass sich auf Nanodrähten basierende Batteriematerialien hunderttausende Male wiederholt aufladen können. Es wird erwartet, dass eine Batterie erreicht wird, die fast keinen Austausch erfordert.

Forscher der University of California in Irvine (UCI) fanden heraus, dass der "Draht", der an der Abscheidung von Ladungsspeichermechanismen auf Nanodrahtbasis beteiligt ist, nur ein dünner Nanodraht ist. Formularpräsentation). Laut den Forschern handelt es sich um einen reinen Goldnanodraht mit einer Oberfläche, die mit Mangandioxid (MnO2) beschichtet oder eingebettet ist. Die Anordnung ist im Grunde ein Kondensator, der einen Ladungsspeicherkondensator zwischen den verschachtelten Anordnungen von Nanodrähten bildet und in einem elektrolytischen Medium suspendiert ist.

Im gleichen Material bietet die Verwendung von Nanodrähten eine höhere Ladungsspeicherung als dünne Filme. Da Nanodrähte tausendfach dünner als menschliches Haar sind, sind sie hochleitfähig und haben eine große Oberfläche für die elektronische Speicherung und Übertragung. Die reinen Goldnanodrähte sind etwa 240 nm breit und 35 nm dick; Die äußere Schalendicke liegt zwischen etwa 143 und 300 nm. Nach früheren Forschungsarbeiten sind diese Filamente äußerst zerbrechlich und können für wiederholte Entlade-, Lade- oder Lade- und Entladezyklen nicht leicht gewartet werden. Daher dehnt sich eine allgemeine Lithiumionenbatterie leicht aus, wird zerbrechlich und verursacht schließlich Risse.

UCI-Forscher lösten dieses Problem, indem sie reine Goldnanodrähte mit einer Mangandioxidhülle beschichteten und die Anordnung in einen Elektrolyten aus einem Plexiglasgel einwickelten. Dieses Gel ist eine Kombination aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und Lithiumperchlorat (LiClO4: eine Quelle für Lithiumionen, die eine Lithium-Ionen-Batterie bilden), die äußerst zuverlässig und weniger störanfällig ist.

Dr. MyaLeThai, ein Kandidat für UCI, leitete die Studie und führte die Testelektroden in drei Monaten bis zu 200.000 Mal durch, ohne Strom oder Leistungsverlust festzustellen und ohne Nanodrähte zu beschädigen. Die Ergebnisse dieser Studie wurden in der neuesten Ausgabe der Energy Letters der American Chemical Society veröffentlicht.

Reginald Penner, Leiter der UCI-Chemieabteilung, sagte: "Mya begann mit einer lustigen Einstellung, bei der das sehr dünne Gel vollständig auf die Oberfläche aufgetragen und mit dem Laden und Entladen begonnen wurde. Sie stellte fest, dass dies nur auf Nanodrahtmaterialien aufgetragen werden musste. Das Gel kann hunderttausende Male aufgeladen und entladen werden, ohne dass Kapazität verloren geht. "

Er fügte hinzu: "Das ist wirklich erstaunlich. Da der akku normalerweise 5.000, 6.000 oder 7.000 Lade- und Entladezyklen durchläuft, ist er vollständig defekt und kann nicht verwendet werden." Struktur, die insbesondere von UCI-Forschern verwendet wird, Nanodrähte mit hohem Aspektverhältnis werden verwendet, um mögliche Fehlereffekte aufzudecken oder zu verstärken. Sie treten jedoch nie auf.

Forscher glauben, dass dieses Gel die Metalloxide in der Batterie plastifiziert und Flexibilität bietet, um Risse zu verhindern.

„Die beschichtete Elektrode behält ihre ursprüngliche Form effektiver bei und ist daher eine zuverlässigere Wahl“, sagt Thai. "Diese Studie bestätigt, dass Nanodraht-Batterieelektroden eine längere Lebensdauer haben, sodass wir diese Länge wirklich erreichen können."

Die Studie arbeitete auch mit dem Energy Storage Nanostructures (NEES) -Programm des Energy Frontier Research Center der University of Maryland zusammen und wurde vom Department of Basic Energy Sciences des US-Energieministeriums (DOE) finanziert.

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