|
Не может быть никаких сомнений, что люди любят свои мобильные устройства. Но они оставляют их с носом в самый неподходящий момент, потому что любовь как правило, не распространяется на аккумуляторы. Новые микробатареи разработанные исследователями из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн , размером всего несколько миллиметров, но достаточно мощные, чтобы обеспечить питание мобильного телефона.
Способность аккумулятора для хранения и обеспечения энергии сталкивается с принципиальным ограничением, что его источником энергии является химический характер. Обычные конструкции батареи, по существу парой пластин из различных металлов, разделенных электролитом, который позволяет движение электронов и ионов между ними.
Эта конструкция приводит к трем существенные ограничения, которые влияют на большинство батарей:
Энергоемкость связан с физическим размером батареи и энергии химических реакций включить его.
Электростанций общей мощностью приблизительно определяется внутреннее сопротивление батареи, так что пластины с большей площадью поверхности может доставить больше энергии.
Учитывая многослойные батареи в той или иной форме упаковки, это порой трудно для тепла, выделяемого клетками внутренней бежать.
Эти факторы оказывают удивительно жесткими ограничениями на выполнение практических батарей для мобильных устройств.
В настоящее время общий аккумулятор, который поставляет самые энергии литий-ионных аккумуляторов, с плотностью энергии около 300 МВтч / см³ (милливатт-часов на кубический сантиметр). Для сравнения, сжигание одного кубического сантиметра бензина производит 9700 МВтч /см³. Плотность мощности таких батарей, то есть скорость, с которой энергия может быть доставлен, составляет около 100 мВт/см².
Время от времени, больше энергии, более важно, чем больше энергии хранения. Например, питания мощностью 100 кВт электрический автомобиль с обычными литий-ионных батарей потребуется кубометр батарей весом около 2,5 тонн (2,75 тонны). Вот почему так много инженерных усилий собирается в конструкцию литий-ионных аккумуляторов для электромобилей.
Когда потребность в энергии имеет первостепенное значение, инженеры часто обращаются к суперконденсаторов. Эти электрические двухслойные конденсаторы предлагают чрезвычайно быструю доставку энергии (примерно до 40 Вт / см² - в сотни раз быстрее, чем обычные литий-ионных батарей), но страдает от довольно небольшой энергоемкостью (только несколько мВтч/см³ ).
Команда Уильям Кинг в Университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн стремилась к достижению более благоприятный баланс между плотностью энергии и мощности. Чтобы обеспечить хорошую плотность энергии, которую они использовали литий-ионной химии для своих батарей, а также получить большой плотностью мощности они максимальна площадь поверхности с использованием электрода с высокой пористостью 3D структуры расположены в виде взаимосвязанных полосы с разделением около миллиметра.
При такой конструкции, Иллинойс 3D микробатарей обеспечить больше плотности мощности (до 100 Вт / см²), чем даже лучшие суперконденсаторов и почти столько же плотность энергии (до 15 мВтч/см³), как и обычные литий-ионных батарей: факторы которые могли бы способствовать новые мелких приложений батарею в радиосвязи, медицинские приборы, компьютерная техника, электроника и компактной.
3D дизайн микробатарей команды особенно подходит для физически небольших схем, например, имплантированного кардиостимулятора и дефибрилляторов, где сравнительно большой батареи в настоящее время должны быть использован для подачи большими шипами ток, при необходимости. Такие шипы легко может быть доставлен крошечных 3D микробатареи. Кроме того, новые батареи могут заряжаться так быстро, как разряд, то есть время зарядки чем за минуту, качество, которое в значительной степени компенсирует ограниченную хранения энергии, предоставляемым любой крошечной батареи.
"Это новая высокоэффективная технология Это не постепенное улучшение по сравнению с предыдущими технологиями;. Она нарушает нормальную парадигму источников энергии Это позволяет нам использовать различные, новые вещи.» - говорит Джеймс Пикуль, ведущий автор соответствующей статье, также опубликованной в Nature .
| 
