Spencer T. Olin 재료 공학과의 공학 교수 인 Ulrich Wiesner 가 이끄는 Cornell University의 연구원 팀 은 번개처럼 빠른 충전 가능성이있는 배터리의 수요를 해결합니다.
이 기술의이면에있는 아이디어:“비전 도성 분리기의 양쪽에 배터리의 양극과 음극을 배치하는 대신, 에너지에 필요한 구성 요소로 채워진 수천 개의 나노 크기 기공이있는 자체 조립 3D 자이 로이드 구조의 구성 요소를 서로 얽습니다. 저장 및 배송”.
Wiesner는“이것은 정말로 혁신적인 배터리 아키텍처입니다.”라고 Wiesner는 말했습니다. Wiesner는 "전기 에너지 저장을 위한 블록 코 폴리머 파생 3D 상호 침투 다기능 자이 로이드 나노 하이브리드 "라는 논문이 Royal Society의 간행물 인 Energy and Environmental Science에 5 월 16 일에 게재되었습니다. 화학
Wiesner는“이 3 차원 아키텍처는 기본적으로 장치의 데드 볼륨으로 인한 모든 손실을 제거합니다. “더 중요한 것은 우리가 그랬던 것처럼 상호 침투 된 도메인의 크기를 나노 규모로 축소하면 훨씬 더 높은 전력 밀도를 제공합니다. 즉, 기존 배터리 아키텍처에서 일반적으로 수행되는 작업보다 훨씬 짧은 시간에 에너지에 액세스 할 수 있습니다.”
얼마나 빠릅니까? Wiesner는 배터리 요소의 크기가 나노 스케일로 축소 되었기 때문에 "케이블을 소켓에 꽂으면 몇 초 만에 배터리가 더 빨리 충전 될 것"이라고 말했습니다.
이 3D 배터리의 개념은 블록 공중 합체 자체 조립을 기반으로하며, 다른 전자 장치에 사용되는 데 사용되는 자이 로이드 태양 전지 및 자이 로이드 초전도체가 있습니다. 이 연구의 주 저자 인 Joerg Werner는자가 조립식 여과막을 실험했고 그 원리가 에너지 저장 용 탄소 재료에 적용될 수 있는지 궁금해했습니다.
블록 공중 합체 자체 조립에 의해 생성 된 배터리의 양극 인 탄소의 자이 로이드 박막은 40 나노 미터 너비의 수천 개의주기적인 기공을 특징으로합니다. 10 나노 미터 두께로 이러한 기공을 추가로 코팅합니다.이 기공은 전자적으로 절연되어 있지만 이온 전도성 분리막은 전기 중합을 통해 코팅되어 공정의 특성상 핀홀없는 분리 층을 생성합니다. 그리고 분리막의 구멍과 같은 이러한 결함은 휴대 전화 및 노트북과 같은 모바일 장치에서 화재를 일으키는 치명적인 오류로 이어질 수 있습니다.
양극 재를 추가하는 두 번째 단계로 이동합니다. 이 경우 나머지 모공을 채우지 않는 적절한 양의 유황을 첨가하십시오. 그러나 유황은 전자를 받아 들일 수 있지만 전기를 전도하지는 않습니다. 마지막 단계는 PEDOT (poly)로 알려진 전자 전도성 폴리머로 백필하는 것입니다.
이 아키텍처는 개념 증명을 제공하지만 도전이없는 것은 아니라고 Wiesner는 말했습니다. 배터리 방전 및 충전 중 부피 변화는 점차적으로 PEDOT 충전 수집기를 저하 시키며, 이는 황이 수행하는 부피 팽창을 경험하지 않습니다.
"유황이 팽창 할 때"Wiesner는 이렇게 말했습니다. "이 작은 폴리머 조각이 떨어져 나간 다음 다시 수축해도 다시 연결되지 않습니다. 이것은 3D 배터리에 액세스 할 수 없음을 의미합니다. "
팀은 여전히 기술을 완성하려고 노력하고 있지만 개념 증명 작업에서 환자 보호를 신청했습니다. 이 작업은 CORNELL의 Energy Material Center의 지원을 받았으며 미국 에너지 부와 National Science Foundation에서 자금을 지원했습니다.