Cornellin yliopiston tutkijaryhmä, jota johtaa Spencer T. Olinin materiaalitieteen ja -tekniikan osaston teknillinen professori Ulrich Wiesner, käsittelee akun kysyntää, jolla on salamannopeat latausmahdollisuudet.
Idea tämän tekniikan takana: "Sen sijaan, että paristojen anodi ja katodi olisivat johtamattoman erottimen molemmilla puolilla, kietoa komponentit yhteen itsekokoavassa 3D-gydroidirakenteessa, tuhannet nanokokoiset huokoset täytettynä energiaan tarvittavilla komponenteilla varastointi ja toimitus ”.
"Tämä on todella vallankumouksellinen akkuarkkitehtuuri", sanoi Wiesner, jonka ryhmän julkaisu "Block Copolymer Derived 3-D Interpenetrating Multifunctional Gyroidal Nanohybrid for Electric Energy Storage " julkaistiin 16. toukokuuta Energy and Environmental Science -lehdessä, Royal Society kemian laitos.
"Tämä kolmiulotteinen arkkitehtuuri eliminoi periaatteessa kaikki häviöt laitteen kuolleesta tilavuudesta", Wiesner sanoi. "Vielä tärkeämpää on, että näiden tunkeutuneiden domeenien ulottuvuuksien pienentäminen nanomittakaavaan asti, kuten teimme, antaa sinulle suuruusluokkaa suuremman tehotiheyden. Toisin sanoen voit käyttää energiaa paljon lyhyemmissä ajoissa kuin mitä tavallisesti tehdään tavallisilla akkuarkkitehtuureilla. "
Kuinka nopea se on? Wiesner sanoi, että koska akun elementtien mitat kutistuivat nanomittakaavaan asti, "akku latautuu hetkessä, ehkä jopa nopeammin, sekunneissa, ehkä jopa nopeammin".
Tämä 3D-pariston konsepti perustuu lohkokopolymeerien itsekokoonpanoon, jota he käyttivät muissa elektronisissa laitteissa, mukaan lukien gyroidaalinen aurinkokenno ja gyroidaalinen suprajohde. Tämän työn johtava kirjoittaja Joerg Werner kokeili itse koottavia suodatuskalvoja ja mietti, voisiko tätä periaatetta soveltaa hiilimateriaaleihin energian varastointiin.
Glyroidiohuet hiilikalvot - paristojen anodi, joka on muodostettu lohkokopolymeerien itsekokoonpanosta - sisälsi tuhansia jaksollisia huokosia, joiden leveys oli luokkaa 40 nanometriä. Näiden huokosien päällystäminen edelleen 10 nanometrin paksuisella, sähköisesti eristetyllä, mutta ionia johtavalla erotinlaitteella päällystettiin elektropolymeroinnin avulla, mikä prosessin luonteesta johtuen tuottaa pinhole-vapaan erotuskerroksen. Ja ehdottomasti nämä viat, kuten erottimen reiät, voivat johtaa katastrofaaliseen epäonnistumiseen, mikä aiheuttaa tulipaloja mobiililaitteissa, kuten matkapuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa.
Siirtyminen toiseen vaiheeseen, joka on katodimateriaalin lisäys. Lisää tässä tapauksessa rikkiä sopivassa määrässä, joka ei aivan täytä jäljellä olevia huokosia. Rikki voi kuitenkin hyväksyä elektroneja, mutta ei johda sähköä. Viimeinen vaihe on täyttö elektronisesti johtavalla polymeerillä, joka tunnetaan nimellä PEDOT (poly).
Vaikka tämä arkkitehtuuri tarjoaa todisteen konseptista, Wiesner sanoi, se ei ole ilman haasteita. Äänenvoimakkuuden muutokset akun purkamisen ja lataamisen aikana heikentävät vähitellen PEDOT-latauskerääjää, joka ei kokea rikin tilavuutta.
"Kun rikki laajenee", Wiesner sanoi, "sinulla on nämä pienet polymeeripalat, jotka repeytyvät, ja sitten se ei yhdisty uudelleen, kun se kutistuu uudelleen. Tämä tarkoittaa, että 3D-akusta on palasia, joita et voi käyttää. "
Joukkue yrittää edelleen kehittää tekniikkaa, mutta haki potilassuojaa konseptin todistamiseen. Työtä tuki CORNELLin Energy Material Center ja rahoittivat Yhdysvaltain energiaministeriö sekä National Science Foundation.