Studimi ka zbuluar një mënyrë për të bërë bateritë që përdorim çdo ditë për të qenë më elastike, të fuqishme dhe të sigurta.
Viti është 2018 dhe jeta jonë e përditshme tani ushqehet nga pajisje të ndryshme të cilat ose funksionojnë energjisë elektrike ose në bateri. Mbështetja jonë në pajisjet dhe pajisjet që funksionojnë me bateri po rritet në mënyrë të jashtëzakonshme. A bateri është një pajisje që ruan energjinë kimike që shndërrohet në energji elektrike. Bateritë janë si mini reaktorë kimikë që prodhojnë reaksion elektrone plot energji të cilat rrjedhin përmes pajisjes së jashtme. Qofshin telefonat celularë apo laptopët apo automjetet e tjera elektrike, bateritë - përgjithësisht litium-jon - janë burimi kryesor i energjisë për këto teknologji. Ndërsa teknologjia vazhdon të përparojë, ka kërkesë të vazhdueshme për bateri më kompakte, me kapacitet të lartë dhe të sigurta të rikarikueshme.
Bateritë kanë një histori të gjatë dhe të lavdishme. Shkencëtari amerikan Benjamin Franklin përdori për herë të parë termin "bateri" në 1749 ndërsa kryente eksperimente me energji elektrike duke përdorur një grup kondensatorësh të lidhur. Fizikani italian Alessandro Volta shpiku baterinë e parë në 1800 kur disqet e grumbulluara prej bakri (Cu) dhe zinku (Zn) u ndanë nga një leckë e njomur në ujë të kripur. Bateria me acid plumbi, një nga bateritë më të qëndrueshme dhe më të vjetra të rikarikueshme, u shpik në 1859 dhe përdoret ende në shumë pajisje edhe sot, duke përfshirë motorin me djegie të brendshme në automjete.
Bateritë kanë bërë një rrugë të gjatë dhe sot ato vijnë në një sërë madhësish nga përmasat e mëdha megavat, kështu që teorikisht ato janë në gjendje të ruajnë energjinë nga fermat diellore dhe të ndriçojnë mini qytetet ose mund të jenë aq të vogla sa ato që përdoren në orët elektronike. , e mrekullueshme apo jo. Në atë që quhet bateri primare, reaksioni që prodhon rrjedhën e elektroneve është i pakthyeshëm dhe përfundimisht kur një prej reaktantëve të tij konsumohet, bateria bëhet e sheshtë ose vdes. Bateria kryesore më e zakonshme është bateria zink-karbon. Këto bateri primare ishin një problem i madh dhe e vetmja mënyrë për të trajtuar asgjësimin e baterive të tilla ishte gjetja e një metode në të cilën ato mund të ripërdoreshin – që do të thotë duke i bërë ato të rikarikueshme. Zëvendësimi i baterive me të reja ishte padyshim jopraktik dhe kështu me rritjen e baterive i fuqishëm dhe e madhe, u bë pothuajse e pamundur të mos përmendet mjaft e shtrenjtë për t'i zëvendësuar dhe asgjësuar ato.
Bateria nikel-kadmium (NiCd) ishte bateria e parë popullore e rikarikueshme që përdorte një alkali si elektrolit. Në vitin 1989 u zhvilluan bateritë me hidrogjen nikel-metal (NiMH) me jetëgjatësi më të madhe se bateritë NiCd. Megjithatë, ato kishin disa të meta, kryesisht se ishin shumë të ndjeshme ndaj mbingarkesës dhe mbinxehjes, posaçërisht kur ngarkoheshin të themi në normën e tyre maksimale. Prandaj, ato duhej të karikoheshin ngadalë dhe me kujdes për të shmangur çdo dëmtim dhe kërkonin kohë më të gjata për t'u karikuar nga karikues më të thjeshtë.
Të shpikura në vitin 1980, bateritë litium-jon (LIB) janë bateritë më të përdorura në konsumatorë. elektronik pajisjet sot. Litiumi është një nga elementët më të lehtë dhe ka një nga potencialet më të mëdha elektrokimike, prandaj ky kombinim është i përshtatshëm për prodhimin e baterive. Në LIB, jonet e litiumit lëvizin midis elektrodave të ndryshme përmes një elektroliti i cili përbëhet nga kripa dhe organik tretës (në shumicën e LIB-ve tradicionale). Teorikisht, metali litium është metali më elektrikisht pozitiv me kapacitet shumë të lartë dhe është zgjidhja më e mirë e mundshme për bateritë. Kur LIB-të janë duke u rimbushur, joni i litiumit i ngarkuar pozitivisht bëhet metal litium. Kështu, LIB-të janë bateritë më të njohura të rikarikueshme për përdorim në të gjitha llojet e pajisjeve portative për shkak të jetëgjatësisë dhe kapacitetit të tyre të lartë. Megjithatë, një problem i madh është se elektroliti mund të avullojë lehtësisht, duke shkaktuar një qark të shkurtër në bateri dhe kjo mund të jetë një rrezik zjarri. Në praktikë, LIB-të janë vërtet të paqëndrueshme dhe joefikase pasi me kalimin e kohës dispozitat e litiumit bëhen jo uniforme. LIB-të gjithashtu kanë nivele të ulëta ngarkimi dhe shkarkimi dhe shqetësimet e sigurisë i bëjnë ato të paqëndrueshme për shumë makineri me fuqi të lartë dhe kapacitet të lartë, për shembull automjete elektrike dhe hibride elektrike. LIB është raportuar të shfaqë kapacitet të mirë dhe norma të mbajtjes në raste shumë të rralla.
Kështu, gjithçka nuk është perfekte në botën e baterive pasi vitet e fundit shumë bateri janë shënuar si të pasigurta sepse marrin flakë, janë jo të besueshme dhe ndonjëherë joefikase. Shkencëtarët në mbarë botën janë në kërkim të ndërtimit të baterive të cilat do të jenë të vogla, të rikarikueshme në mënyrë të sigurt, më të lehta, më elastike dhe në të njëjtën kohë më të fuqishme. Prandaj, fokusi është zhvendosur tek elektrolitet në gjendje të ngurtë si alternativa e mundshme. Mbajtja e kësaj si shumë opsione janë provuar nga shkencëtarët, por stabiliteti dhe shkallëzueshmëria ka qenë një pengesë e shumicës së studimeve. Elektrolitet polimer kanë treguar një potencial të madh, sepse ato janë jo vetëm të qëndrueshme, por edhe fleksibël dhe gjithashtu të lira. Fatkeqësisht, problemi kryesor me elektrolite të tillë polimerësh janë përçueshmëria e tyre e dobët dhe vetitë mekanike.
Në një studim të fundit të publikuar në ACS Letra Nano, Hulumtuesit kanë treguar se siguria e një baterie dhe madje edhe shumë veti të tjera mund të përmirësohen duke shtuar nanotela në të, duke e bërë baterinë superiore. Ky ekip studiuesish nga Kolegji i Shkencës dhe Inxhinierisë së Materialeve, Universiteti i Teknologjisë Zhejiang, Kinë kanë ndërtuar mbi hulumtimet e tyre të mëparshme ku kanë bërë nanotela borat magnezi që shfaqin veti të mira mekanike dhe përçueshmëri. Në studimin aktual ata kontrolluan nëse kjo do të ishte e vërtetë edhe për bateritë kur të tilla nanotelave shtohen në një elektrolit polimer në gjendje të ngurtë. Elektroliti në gjendje të ngurtë u përzie me nanotela borat magnezi me peshë 5, 10, 15 dhe 20. U pa se nanotelat rritën përçueshmërinë e elektrolitit të polimerit në gjendje të ngurtë, gjë që i bëri bateritë më të qëndrueshme dhe elastike në krahasim me ato të mëparshme pa nanotela. Kjo rritje e përçueshmërisë ishte për shkak të rritjes së numrit të joneve që kalonin dhe lëviznin nëpër elektrolit dhe me një shpejtësi shumë më të shpejtë. I gjithë instalimi ishte si një bateri, por me nanotela të shtuara. Kjo tregoi një shkallë më të lartë të performancës dhe rritje të cikleve në krahasim me bateritë normale. Është kryer edhe një test i rëndësishëm i ndezshmërisë dhe është parë se bateria nuk është djegur. Aplikacionet portative të përdorura gjerësisht sot si telefonat celularë dhe laptopët duhet të përmirësohen me energjinë maksimale dhe më kompakte të ruajtur. Kjo padyshim rrit rrezikun e shkarkimit të dhunshëm dhe është e menaxhueshme për pajisje të tilla për shkak të formatit të vogël të baterive të nevojshme. Por, ndërsa aplikacionet më të mëdha të baterive janë projektuar dhe provuar, siguria, qëndrueshmëria dhe fuqia marrin një rëndësi supreme.
***
{Mund të lexoni punimin origjinal kërkimor duke klikuar lidhjen DOI të dhënë më poshtë në listën e burimeve të cituara}
Burimi (s)
Sheng O etj. 2018. Elektrolite shumëfunksionale në gjendje të ngurtë me nanotel të aktivizuar Mg2B2O5 me përçueshmëri të lartë jonike, veti mekanike të shkëlqyera dhe performancë frenuese ndaj flakës. Nano Letrat. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
