Uus lähenemisviis võib kiirendada suure võimsusega patareide projekteerimist

“Поезд будущего“ с Сергеем Малозёмовым (Mai 2019).

Anonim

Stanfordi teadlase juhitud teadustegevus lubab suurendada suure võimsusega elektriajamiga salvestusseadmeid, näiteks autovarju.

Selle nädala jooksul Applied Physics Letters'is avaldatud töös kirjeldavad teadlased matemaatilist mudelit uute elementide kavandamiseks elektri hoiustamiseks. Mudel võiks olla tohutu kasu keemikutele ja materjalide teadlastele, kes tavapäraselt tuginevad katsetele ja vigadele, et luua uusi materjale patareide ja kondensaatorite jaoks. Energiasäästu uute materjalide edendamine on oluline samm süsinikdioksiidiheite vähendamise suunas transpordi- ja elektrienergia sektorites.

"Võimalik on, et võite ehitada palju pikemaid akusid, mis muudavad need palju väiksemaks, " ütles uuringu kaasautor Tanel Tartakovski, Maaülikooli energeetika ja keskkonnateaduste professor. "Kui saaksite ehitada materjali, millel on palju paremat mälumahtu kui see, mis meil on täna, siis võiksite oluliselt parandada patareide toimivust."

Barjääri langetamine

Üks peamisi tõkkeid fossiilkütustest üleminekule taastuvatele energiaallikatele on võimsus hoida energia hilisemal kasutamisel, näiteks tundide ajal, mil päikeseenergia puhul päike ei põle. Odavama, tõhusa ladustamisvajaduse nõudlus on suurenenud, sest rohkem ettevõtteid pöörduvad taastuvate energiaallikate poole, mis pakuvad märkimisväärset kasu rahvatervisele.

Tartakovsky loodab, et selle mudeli abil välja töötatud uued materjalid parandavad superkondensaate, järgmise põlvkonna energiasalvesti tüüpi, mis võiks asendada laetavaid patareisid kõrgtehnoloogilistes seadmetes, näiteks mobiiltelefonides ja elektrisõidukites. Supercapacitors ühendavad endas parimad energiasalvestuse võimalused - akud, mis hoiavad palju energiat, kuid laadimist aeglaselt, ja kondensaatorid, mis laadivad kiiresti, kuid hoiavad vähe energiat. Materjalid peavad olema võimelised vastu pidama nii kõrgele kui ka kõrgele energiale, et vältida purunemist, plahvatust või püüdmist.

"Praegused patareid ja muud salvestusseadmed on puhta energia ülemineku peamine kitsaskoht, " ütles Tartakovsky. "Selles on palju inimesi, kuid see on uus lähenemisviis probleemi käsitlemisel."

Materjalide tüübid, mida kasutatakse laialdaselt energiavarustuse arendamiseks niinimetatud nanoosakeste materjalina, on silma peal silma peal, kuid sisaldavad mikroskoobi auke, mis annab neile ainulaadsed omadused. Uute, võimaluse korral paremate nanopoorsete materjalide väljatöötamine on praeguseks olnud katse- ja eksimustega - mitmesuguste suurustega ränidioksiidivormide valmistamine hallituna, hallituse täitmine tahke ainega ja seejärel terade lahustamine, et luua materjal, mis sisaldab paljusid väikesed augud. Meetod nõuab ulatuslikku planeerimist, tööd, eksperimente ja muudatusi, tagamata, et lõpptulemus on parim võimalik valik.

"Oleme välja töötanud mudeli, mis lubaks materjalide keemikutele teada, mida oodata tulemuslikkuse osas, kui terad on teatud viisil paigutatud, ilma et nad läbiksid neid katseid, " ütles Tartakovski. "See raamistik näitab ka seda, et kui korraldate oma teravilja, nagu mudel näitab, siis saate maksimaalse jõudluse."

Lisaks energiale

Energia on vaid üks tööstusharu, kes kasutab nanopoorseid materjale, ja Tartakovski ütles, et ta loodab, et seda mudelit saab rakendada ka teistes valdkondades.

"See konkreetne rakendus on mõeldud elektri salvestamiseks, kuid võite seda kasutada ka magestamiseks või membraanide puhastamiseks, " ütles ta. "Raamistik võimaldab teil käsitleda erinevaid keemiaid, nii et võite seda rakendada mis tahes poorsetel materjalidel, mida te disainite."

Tartakovski matemaatiline modelleerimine hõlmab neuroteadusi, linnaarengut, ravimit ja palju muud. Ta on maateadlane ja energiaressursside inseneri professor, kes on eksperdina poorse meedia voogu ja transporti, teadmisi, mis on sageli alakoormustel erinevates valdkondades vähe kasutatud. Tartakovski huvi aku disaini optimeerimise vastu tulid Jaapani Nagasaki ülikooli koostöös materjalide projekteerimise meeskonnaga.

"See jaapani kaastööline pole kunagi mõelnud hüdroloogidega rääkimisele, " ütles Tartakovski. "See pole ilmselge, kui te ei tee võrrandeid - kui teete võrrandeid, siis sa mõistad, et need on sarnased probleemid."

menu
menu