Nanotechnologia

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside w Bourns College of Engineering użyli butelek ze szkła odpadowego i taniego procesu chemicznego w celu stworzenia anod nanokrzemowych do wysokowydajnych baterii litowo-jonowych. Owe baterie rozszerzą gamę pojazdów elektrycznych i hybrydowych pojazdów elektrycznych typu plug-in gdyż zapewniają większą moc przy mniejszej liczbie ładunków dla osobistej elektroniki, jak telefony komórkowe i laptopy.

Projektem kierowali Cengiz Ozkan, profesor inżynierii mechanicznej oraz Mihri Ozkan, profesor inżynierii elektrycznej.

Nawet przy dzisiejszym programie recyklingu roczne miliardy butelek szklanych trafiają na składowiska, to skłoniło badaczy do zapytania, czy dwutlenek krzemu z butelek odpadowych może dostarczyć nanocząsteczki krzemowe o wysokiej czystości do wykorzystania w bateriach litowo-jonowych.

Anody krzemu mogą przechowywać do 10 razy więcej energii niż konwencjonalne anody grafitowe, jednakże rozciąganie i skurcz podczas ładowania i rozładowywania sprawiają, że są one niestabilne. Zmniejszenie rozmiaru krzemu do nanoskali okazało się ograniczać ten problem, a łącząc obfite i stosunkowo czyste formy dwutlenku krzemu i tanią reakcję chemiczną, naukowcy stworzyli baterie półogniwa litowo-jonowe, które przechowują prawie cztery razy więcej energii niż konwencjonalne anody grafitowe.

Aby stworzyć anody, zespół zastosował trzy-etapowy proces polegający na kruszeniu i szlifowaniu butelek szklanych na drobny biały proszek, redukcji magnezotermicznej w celu przekształcenia dwutlenku krzemu w nanostrukturalny krzem i powleczenia nanocząstek krzemu węglem w celu zwiększenia ich stabilności oraz właściwości magazynowania energii.

Zgodnie z oczekiwaniami, baterie pastylkowe wykonane przy użyciu anody krzemowej na bazie butelek szklanych w testach laboratoryjnych znacznie przewyższały tradycyjne baterie, wykazały doskonałe właściwości elektrochemiczne o pojemności ~ 1420 mAh/g przy C/2 po 400 cyklach.

Changling Li, absolwent nauk ścisłych i inżynieryjnych oraz główny autor artykułu, powiedziała, że ​​jedna szklana butelka dostarcza wystarczająco nanokrzemu dla setek baterii pastylkowych lub trzech-pięciu baterii komórkowych.

„Zaczęliśmy od produktu odpadowego, który był w drodze na składowisko i stworzyliśmy baterie, które gromadziły więcej energii, ładowały się szybciej i były bardziej stabilne niż komercyjne baterie pastylkowe. Dlatego mówimy o obiecujących kandydatach dla baterii litowo-jonowych nowej generacji, „powiedział Li.

Te badania są najnowszą serią projektów prowadzonych przez Mihri i Cengiz Ozkan w celu stworzenia anody baterii litowo-jonowych z materiałów przyjaznych dla środowiska. Poprzednie badania skoncentrowały się na opracowywaniu i testowaniu anod z grzybów portabellowych, piasku i ziemi bogatej w ziemię okrzemkową.

źródło tekstu: www.sciencedaily.com