Nanotechnologia

Inspirując się owocem granatu, naukowcy z Uniwersytetu Stanforda i Centrum Liniowego Akceleratora Stanforda udoskonalili akumulator litowo-jonowy. Zbudowali oni anodę, która zawiera nanocząstki krzemu umieszczone w twardej węglowej łusce. Projekt ten może umożliwić powstanie mniejszych, lżejszych, nadających się do powtórnego ładowania baterii do elektrycznych samochodów, telefonów komórkowych i innych urządzeń.

W swoich badaniach naukowcy użyli anod krzemowych. Obecnie anody krzemowe w akumulatorach litowo-jonowych mogą gromadzić 10 razy więcej ładunku elektrycznego niż anody grafitowe, lecz mają one również poważne wady: kruchy krzem pęcznieje i odpada podczas ładownia i wchodzi w reakcję z elektrolitem tworząc maź, która pokrywa anodę i pogarsza jej działanie. W ciągu ostatnich 8 lat, naukowcy radzili sobie z tym problemem używając krzemowych nanodrutów lub nanocząstek, które są zbyt małe by połamać się na jeszcze mniejsze kawałki, a także zamykając nanocząstki w węglowych skorupkach, które były na tyle duże, by nanocząstki mogły w nich pęcznieć, a następnie kurczyć się podczas ładowania.

Ostatnio naukowcy udoskonalili metodę tworzenia anod krzemowych. Używając popularnej w przemyśle naftowym, lakierniczym i kosmetycznym metody mikroemulsji połączyli zawierające nanocząstki krzemu węglowe skorupki w grupy. Każdą grupę pokryli drugą, grubszą warstwą węgla. Powierzchnia każdej węglowej łuski jako całości to zaledwie jedna dziesiąta powierzchni poszczególnych cząstek. Dzięki temu dużo mniejsza powierzchnia jest narażona na działanie elektrolitu, co ogranicza ilość tworzącej się mazi. Chociaż łuski są zbyt małe żeby zobaczyć je osobno, razem tworzą miałki czarny proszek, który może być użyty do pokrycia kawałka folii i stworzenia anody. Jak mówi Yi Cui, profesor nadzwyczajny z Uniwersytetu Stanforda, nawet po 1000 cyklach ładowania i rozładowania pojemność anody wynosi 97%.

Przed wprowadzeniem anod na rynek, zespół Cui będzie musiał rozwiązać jeszcze 2 problemy: należy uprościć proces produkcyjny i znaleźć tańsze źródło nanocząstek krzemu. Jednym z potencjalnych źródeł są łuski ryżowe, które nie nadają się do spożycia przez ludzi i są dostępne w dużych ilościach, a dwutlenek krzemu stanowi 20 % ich wagi. Co ważne, dość łatwo mogą zostać przekształcone w czyste nanocząstki krzemu.

Źródło artykułu: www.sciencedaily.com

Źródło ilustracji: www.commons.wikimedia.org