16:27

Новый материал преобразует любой корпус в ионистор



Образец материала со свойствам ионистора повышенной ёмкости и прочности (фото: wonderfulengineering.com).

Корпус любого устройства и даже стены домов давно пытаются превратить в своеобразные аккумуляторы. Решение этой задачи помогло бы оптимизировать хранение энергии, уменьшить неиспользуемый объём и массу многих объектов. В самом деле: сейчас у любого каркаса нет никаких иных функций, кроме опорной и защитной. Только пластик тратится тоннами в год лишь на то, чтобы придать очередному устройству нужную форму и закрепить детали на своих местах. Похоже, исследователи из частного Университета Вандербильта (штат Теннесси) нашли оригинальное решение давней проблемы.

Группа под руководством доцента кафедры машиностроения Кэри Пинта (Cary Pint) создала материал, способный работать подобно твердотельному ионистору. Он удерживает ионы внутри себя на поверхности нанопор, сохраняя запасённую энергию даже при сильных механических нагрузках.

Сейчас в качестве перезаряжаемых элементов питания используют литий-ионные, свинцово-кислотные и никель-металлгидридные аккумуляторные батареи. Большинство из них заряжается часами и выдерживает всего до тысячи циклов перезарядки. Они считаются взрывоопасными из-за выделения водорода, а утечка электролита из них вызывает коррозию. Охлаждение батарей, длительное хранение или глубокий разряд приводят к резкому снижению их ёмкости.



Кэри Пинт (справа) обсуждает результаты испытаний нового ионистора с сотрудниками лаборатории наноматериалов (фото: vanderbilt.edu).

«Что если мы могли бы преобразовать тонны материалов вокруг в системы аккумулирования энергии? — рассуждает Пинт. — В итоге они не стали бы заметно дороже и обладали бы новыми свойствами, выполняя ту же механическую функцию».

Ионисторы, или суперконденсаторы, лишены перечисленных выше недостатков, но обладают другими. Хотя время их зарядки измеряется минутами, а число циклов – миллионами, существующие ионисторы проигрывают аккумуляторам как в ёмкости, так и в устойчивости к физическим воздействиям.

«Наша разработка впервые демонстрирует, что мы можем производить материалы, сохраняющие значительное количество электроэнергии в то время, как они подвергаются реалистичным статическим и динамическим нагрузкам — таким как вибрация или удары», — поясняет Пинт.



Суперконденсатор (фото: Joe Howell / Vanderbilt).

Смартфоны и ноутбуки, а также носимая электроника смогут питаться от собственного корпуса. Вспомогательный аккумулятор электромобилей будет распределён в материалах приборных панелей, кузова и колёс. Мосты и дороги станут запасать энергию для освещения регулировки движения транспорта. Всё это может стать реальностью в ближайшее время.

Вместо того чтобы быть пассивной частью конструкции, стены зданий начнут аккумулировать электроэнергию для освещения, поддержания заданного микроклимата и питания приборов в доме. Именно такую революцию ожидают разработчики из Университета Вандербильта.

«Я ощущаю мост в мир, где роботы доставляют нам посылки и патрулируют улицы. Сейчас это может показаться фантастикой, но технология эффективного питания для них уже разработана, — комментирует Пинт. — Воодушевляют не столько возможности улучшить имеющиеся устройства за счёт новых технологий, сколько создать принципиально новые и придумать свежие идеи их применения».

Новый материал производится с использованием ионнопроводящих полимеров и кремния. Он демонстрирует плотность энергии около 10 Вт•ч/кг с показателем кулоновской эффективности 98% при воздействии растягивающих напряжений более 300 кПа и вибрационных ускорениях до 80g. Материал проявил также устойчивость в отношении таких воздействий, как сдвиг, сжатие и ударные нагрузки.

«Наш материал — это бескорпусный суперконденсатор, который находится в структурно интегрированном состоянии, — говорит Пинт. — За счёт этого он может выдерживать сильные механические нагрузки, работать при более высоком напряжении и запасать больше энергии, чем серийно выпускаемые ионисторы».

Прежние попытки реализовать ионистор в виде корпуса самого прибора или строительных конструкций были бесперспективным из-за быстрого старения материалов или высокой себестоимости их производства. Новая структура не требует дорогих компонентов и должна сохранять свои свойства годами.

Источник

Просмотров: 552
Рейтинг: 5.0/1
Добавлено: 28.05.2014

Темы: батарея для робота, ионистор, суперконденсатор, наука, аккумулятор 21 века, преобразует любой корпус в ионистор, Новый материал
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]