QUẢNG CÁO

Sử dụng dây nano để tạo ra pin an toàn hơn và mạnh mẽ hơn

Nghiên cứu đã phát hiện ra một cách để làm cho pin mà chúng ta sử dụng hàng ngày trở nên bền bỉ, mạnh mẽ và an toàn hơn.

Năm 2018 là năm XNUMX và cuộc sống hàng ngày của chúng ta hiện được thúc đẩy bởi các thiết bị khác nhau chạy bằng điện hoặc bằng pin. Sự phụ thuộc của chúng tôi vào các thiết bị và tiện ích chạy bằng pin đang tăng lên một cách phi thường. MỘT ắc quy là một thiết bị lưu trữ năng lượng hóa học được chuyển đổi thành điện năng. Pin giống như các lò phản ứng hóa học giống như phản ứng tạo ra các điện tử toàn năng lượng chạy qua thiết bị bên ngoài. , nhu cầu liên tục về các loại pin sạc nhỏ gọn, dung lượng cao và an toàn hơn.

Ắc quy có một lịch sử lâu đời và huy hoàng. Nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklin lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ “pin” vào năm 1749 trong khi thực hiện các thí nghiệm về điện bằng một tập hợp các tụ điện được liên kết. Nhà vật lý người Ý Alessandro Volta đã phát minh ra pin đầu tiên vào năm1800 khi đóng gói các đĩa bằng đồng (Cu) và kẽm (Zn) được phân tách bằng vải ngâm trong nước mặn. Ắc quy axit-chì, một trong những loại pin sạc lâu đời nhất và lâu đời nhất được phát minh vào năm 1859 và vẫn được sử dụng trong nhiều thiết bị cho đến ngày nay, bao gồm cả động cơ đốt trong trên xe.

Pin đã có một chặng đường dài và ngày nay chúng có nhiều loại kích cỡ từ cỡ Megawatt lớn, vì vậy về lý thuyết, chúng có thể lưu trữ năng lượng từ các trang trại năng lượng mặt trời và thắp sáng các thành phố nhỏ hoặc chúng có thể nhỏ bằng loại được sử dụng trong đồng hồ điện tử , tuyệt vời phải không. Trong cái gọi là pin tiểu, phản ứng tạo ra dòng electron là không thể đảo ngược và cuối cùng khi một trong các chất phản ứng của nó bị tiêu thụ, pin sẽ bị chai hoặc chết. Loại pin chính phổ biến nhất là pin kẽm-carbon. Những viên pin tiểu này là một vấn đề lớn và cách duy nhất để giải quyết việc vứt bỏ những viên pin đó là tìm ra một phương pháp có thể tái sử dụng chúng - nghĩa là làm cho chúng có thể sạc lại được. Việc thay thế pin bằng pin mới rõ ràng là không thực tế và do đó pin ngày càng nhiều mạnh mẽ và điều to lớn là không thể không kể đến việc thay thế và xử lý chúng khá tốn kém.

Pin niken-cađimi (NiCd) là loại pin có thể sạc lại phổ biến đầu tiên sử dụng kiềm làm chất điện phân. Năm 1989, pin hydro kim loại niken (NiMH) được phát triển có tuổi thọ cao hơn pin NiCd, tuy nhiên, chúng có một số nhược điểm, chủ yếu là chúng rất nhạy cảm với việc sạc quá mức và quá nhiệt, đặc biệt là khi chúng được sạc ở mức tốc độ tối đa. phải được sạc chậm và cẩn thận để tránh bất kỳ thiệt hại nào và cần thời gian dài hơn để được sạc bằng bộ sạc đơn giản hơn.

Được phát minh vào năm 1980, pin Lithium-ion (LIB) là loại pin được sử dụng phổ biến nhất trong các thiết bị điện tử tiêu dùng hiện nay. Lithium là một trong những nguyên tố nhẹ nhất và nó có một trong những thế năng điện hóa lớn nhất, do đó, sự kết hợp này là lý tưởng để sản xuất pin. Trong LIB, các ion liti di chuyển giữa các điện cực khác nhau thông qua một chất điện phân được tạo thành từ muối và dung môi hữu cơ (trong hầu hết các LIB truyền thống). Về mặt lý thuyết, kim loại lithium là kim loại tích điện dương nhất có dung lượng rất cao và là sự lựa chọn tốt nhất có thể cho pin. Khi LIB được sạc lại quá mức, ion lithium tích điện dương sẽ trở thành kim loại lithium. Do đó, LIB là loại pin sạc phổ biến nhất để sử dụng cho tất cả các loại thiết bị di động do tuổi thọ cao và dung lượng cao. Tuy nhiên, một vấn đề lớn là chất điện phân có thể bay hơi dễ dàng, gây đoản mạch trong pin và đây có thể là một nguy cơ cháy nổ. Trong thực tế, LIB thực sự không ổn định và không hiệu quả vì theo thời gian, sự bố trí lithium trở nên không đồng nhất. IB cũng có tốc độ sạc và phóng điện thấp và những lo ngại về an toàn khiến chúng không thể sử dụng được đối với nhiều loại máy công suất lớn và công suất lớn, ví dụ như xe điện và xe điện hybrid. LIB đã được báo cáo là thể hiện năng lực tốt và tỷ lệ duy trì trong những trường hợp rất hiếm.

Vì vậy, tất cả đều không hoàn hảo trong thế giới pin vì trong những năm gần đây, rất nhiều loại pin đã được đánh dấu là không an toàn vì chúng bắt lửa, không đáng tin cậy và đôi khi không hiệu quả. Các nhà khoa học trên toàn thế giới đang tìm cách chế tạo loại pin nhỏ, có thể sạc lại an toàn, nhẹ hơn, đàn hồi hơn và đồng thời mạnh hơn. Các nhà khoa học đã cố gắng duy trì điều này như một lựa chọn có mục đích, nhưng tính ổn định và khả năng mở rộng là một trở ngại của hầu hết các nghiên cứu. Các chất điện phân polyme đã cho thấy tiềm năng lớn bởi vì chúng không chỉ ổn định mà còn linh hoạt và cũng rẻ tiền. Thật không may, vấn đề chính của các chất điện phân polyme như vậy là tính dẫn điện và tính chất cơ học của chúng kém.

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên ACS Chữ Nano, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ an toàn của pin và thậm chí nhiều đặc tính khác có thể được tăng cường bằng cách thêm các dây nano vào nó, làm cho pin trở nên vượt trội hơn. Nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Trường Cao đẳng Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Công nghệ Chiết Giang, Trung Quốc đã xây dựng dựa trên nghiên cứu trước đây của họ, nơi họ tạo ra các dây nano magiê borat thể hiện các tính chất cơ học và độ dẫn điện tốt. Trong nghiên cứu hiện tại, họ đã kiểm tra xem điều này có đúng với pin không khi dây nano được thêm vào chất điện phân polyme ở trạng thái rắn. Chất điện phân ở trạng thái rắn được trộn với các dây nano magiê borat nặng 5, 10, 15 và 20. Người ta thấy rằng các dây nano đã làm tăng độ dẫn điện của chất điện phân polyme ở trạng thái rắn, điều này làm cho pin cứng cáp và đàn hồi hơn so với trước đó không có dây nano. Sự gia tăng độ dẫn điện này là do sự gia tăng số lượng các ion đi qua và di chuyển qua chất điện phân và với tốc độ nhanh hơn nhiều. Toàn bộ thiết lập giống như một cục pin nhưng được bổ sung thêm các dây nano. Điều này cho thấy tốc độ hiệu suất cao hơn và tăng chu kỳ so với pin thông thường. Một thử nghiệm quan trọng về khả năng cháy cũng được thực hiện và người ta thấy rằng pin không cháy. Các ứng dụng di động được sử dụng rộng rãi ngày nay như điện thoại di động và máy tính xách tay cần được nâng cấp với năng lượng lưu trữ tối đa và nhỏ gọn nhất. Điều này rõ ràng làm tăng nguy cơ phóng điện dữ dội và nó có thể quản lý được đối với các thiết bị như vậy vì cần có định dạng pin nhỏ. Nhưng khi các ứng dụng lớn hơn của pin được thiết kế và thử nghiệm, sự an toàn, độ bền và năng lượng đảm nhận tầm quan trọng hàng đầu.

***

{Bạn có thể đọc tài liệu nghiên cứu gốc bằng cách nhấp vào liên kết DOI đưa ra bên dưới trong danh sách (các) nguồn được trích dẫn}

Nguồn

Sheng O và cộng sự. 2018. Dây nano Mg2B2O5 Kích hoạt chất điện phân trạng thái rắn đa chức năng với độ dẫn điện ion cao, tính chất cơ học tuyệt vời và hiệu suất chống cháy. Chữ cái Nano. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659

Nhóm SCIEU
Nhóm SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Khoa học Châu Âu® | SCIEU.com | Những tiến bộ đáng kể của khoa học. Tác động đến loài người. Đầu óc đầy cảm hứng.

Theo dõi bản tin của chúng tôi

Để được cập nhật tất cả các tin tức mới nhất, ưu đãi và thông báo đặc biệt.

Hầu hết các bài viết được ưa thích

Đường và chất làm ngọt nhân tạo có hại trong cùng một cách sử dụng

Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng chất làm ngọt nhân tạo cần ...

Một '' Máy tạo nhịp tim '' không dây có thể phát hiện và ngăn ngừa co giật

Các kỹ sư đã thiết kế một 'máy tạo nhịp tim' không dây có thể ...

Phương pháp tiếp cận "Điều độ" đối với Dinh dưỡng Giảm nguy cơ Sức khỏe

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng lượng vừa phải của các chế độ ăn uống khác nhau ...
- Quảng cáo -
94,557Người hâm mộNhư
47,690Người theo dõiTheo
1,772Người theo dõiTheo
30Thuê baoTheo dõi