Изследователи създадоха тънкослойни твърдотелни батерии

Литиево-йонните батерии, които често захранват мобилните телефони и лаптопите ни, са повсеместни и доста ефективни. Но те понякога могат да избухнат. Твърдотелните батерии, които не съдържат запалителни течности и нестабилни съединения, биха могли да са по-безопасна опция. Засега обаче те не мобат да се наложат като по-добра алтернатива. Ето, че група изследователи наскоро демонстрираха нов начин за производство на по-ефективни твърдотелни батерии, което може най-сетне да доведе до появата на безопасни и компактни акумулаторни системи за всичко – от сензорни мрежи до имплантируеми биомедицински устройства.

Твърдите електролити предлагат много възможности за тънкослойна конструкция, но тези твърди батерии, които използват стъклени електролити, не могат да съхраняват толкова енергия, колкото течните им „колеги“ – главно поради процеса на изработка, обяснява Алекс Пиърс, докторант в Университета в Мериленд, Колидж Парк и и сътрудник в изследователския център „Наноструктури за съхранение на електрическа енергия“.

За направата на тънкослойни твърдотелни батерии конвенционалните методи използват така нареченото физично отлагане на пари (PVD), което е сходно с боядисване чрез спрей. Електродите и електролитът се произвеждат чрез директно отлагане на материала като филм върху повърхността. Тези филми трябва да са много тънки. Такава батерия обаче не може да задържи много ток. „За да можете да захранвате своя вашия смартфон с такава твърдотелна батерия тя трябва да е с площ един квадратен метър,“ обясняв Пиърс.

Един от начините да се увеличи капацитетът е да се напрвят дупки и други неравности по повърхността на филма, които да увеличават площта. Но конвенционалната PVD техника е приложима при такива сложни триизмерни форми. „“Можем да си представим какво става, когато насочим спрей към такава сложна 3D, пореста повърхност: няма да можем да покрие всяко кътче и вдъбнатина равномерен слой, какъвто е необходим за батерия,“ казва ученият.

Затова Пиърс и колегите му решили да изпробват друга техника, наречена отлагане на атомен слой (ALD). ALD „потапя“ обекта в покривния материал, изпарен във вид на газ, който прилепва към цялата повърхност. Резултатът е тънък филм, равномерно покрит отвсякъде, независимо от сложността на формите.

Въпреки, че ALD е добре известна техника, това е първият път, когато тя се използва за производство на твърдотелна 3D батерия, казва изследователят. За да се увеличи площта, изследователите са проектирали батерията с поредица от дупки, разработвайки нови стратегии за моделиране на повърхността. Тъй като слоевете са много тънки, батерията може да бъде много компактна и може да се зарежда бързо.

Прототипът все още не може да се конкурира с традиционните батерии, казва Прайс, но той е само началото. Твърдотелните батерии се разглеждат като подходящи за определени приложения, например малки сензори. Тъй като не съдържат токсични течности, които могат да изтекат, те биха били идеални и за биомедицински устройства, имплантирани в тялото. Най-хубавото от всичко е, че няма как да експлодират.

Коментари

Напиши коментар

E-mail адресът Ви няма да бъде публикуван




*