Die Herausforderungen der Nanotech Energiespeicherung
Die Nanotechnologie hat wichtige Beiträge zur Effizienz der Energiespeicherung zu machen. Mehrere Nanotech-Forschungsgruppen haben das Potenzial von Batterien mit fünf bis zehn Mal die Leistungsdichte der derzeit verfügbaren Lithium-Ionen-Batterien unter Beweis gestellt. Aber greifen nicht Ihre Autoschlüssel Batterie einkaufen zu gehen. Einige Probleme müssen gelöst werden, bevor diese Techniken in Batterien auf erschwingliche Weise eingebaut werden.
Beseitigen Silizium Cracken: Forscher an der Stanford University haben auf einem Edelstahl-Silizium-Nanodrähte gewachsen Substrat (Eine Struktur, auf der eine Substanz gezüchtet oder abgeschieden werden). Batterien gebaut mit Anoden diese Silizium-Nanodrähte mit bis zu zehnfachen Leistungsdichte von herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien.
Die Silizium-Nanodrähten zu beseitigen, das Problem der Rissbildung Silizium, das auftritt, wenn Bulk-Silizium verwendet wird. Die Rissbildung wird durch die Schwellung von Silizium verursacht, wie es Lithium-Ionen absorbiert, während die Batterie aufgeladen wird und die Kontraktion von Silizium als die Batterie entladen ist (wenn die Lithium-Ionen das Silizium verlassen). Die Forscher fanden heraus, dass die Silizium-Nanodrähte anschwellen und Vertrag aber nicht zu knacken.
Überwindung von Leistungsdichte Grenzen: Die fleißigen Leute am MIT haben eine Technik zur Abscheidung ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf einem Substrat zur Verwendung als Anode entwickelt und möglicherweise der Kathode in einer Lithium-Ionen-Akku. Organische Moleküle an die Kohlenstoffnanoröhrchen gebunden helfen, sie auszurichten vertikal auf dem Substrat. Die Moleküle enthalten viele Sauerstoffatome, die Punkte, die Lithiumionen können zu befestigen.
Dieses Verfahren könnte die Leistungsdichte von Lithium-Ionen-Batterien deutlich erhöhen, möglicherweise bis zu zehn Mal. Ein Batteriehersteller Contour Energy Systems genannt hat diese Technologie lizenziert und plant, sie in ihre nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien zu verwenden.
Verlängern Sie die Lebensdauer der Batterie: Ein weiterer vielversprechender Weg, um die Leistungsdichte der Batterien zu erhöhen, ist Schwefel in der Kathode zu integrieren. Die Kathode ist die Elektrode, die die Lithium-Ionen bewegen, wenn die Batterie entladen ist. Lithium-Schwefel-Batterien ist die Kathode eine Kombination von herkömmlichen Kohlenstoff und Schwefel.
Die Lithiumionen zu befestigen Schwefelmoleküle und der Kohlenstoff führt Elektronen zu und von den Drähten außerhalb der Batterie. Schwefel kann jedoch lösen sich von der Kathode, die Begrenzung der Lebensdauer der Batterie.
Forscher an der Universität von Waterloo gezeigt, dass sie signifikant den Verlust von Schwefel aus der Kathode durch Herstellen des Kohlenstoff mit vielen winzigen nanopores mit Schwefel gefüllt reduzieren könnte.
Verschiedene Forscher haben seit Jahren versucht, Lithium-Schwefel-Batterien arbeiten, weil die elektrochemische Reaktion mit Lithium-Schwefel verleiht mehr Energie, was die Leistungsdichte von Lithium-Schwefel-Batterien etwa drei bis vier Mal höher als Lithium-Ionen-Batterien machen sollte. Die Arbeit dieser Forscher bringt uns näher an den Tag, wenn Lithium-Schwefel-Batterien praktisch werden wird.