Teadlased töötavad kiirelt purustuva aku abil, et toita mööduvaid seadmeid

Riigikogu istung, 16. jaanuar 2018 (Juuli 2019).

Anonim

Enesehävitavad elektroonikaseadmed võivad hoida sõjaväe saladusi vaenlase käest. Või võivad nad patsiendid päästa meditsiiniseadme eemaldamise valu. Või võivad nad lubada keskkonnaanduritel vihma pesta.

Nende võimaluste loomine on eesmärgiks suhteliselt uus õppevaldkond, mida nimetatakse mööduvaks elektroonikaks. Need mööduvad seadmed võivad täita erinevaid funktsioone - kuni kokkupuude valguse, soojuse või vedeliku tekitab nende hävitamise.

Reza Montazami, Iowa State University'i mehaanikainseneri mehaanikainsener ja Ameerika Ühendriikide energeetikaministeeriumi Amesi laboratooriumi sektoreid on aastaid töötanud mööduva tehnoloogiaga. Selle labori uusim arendus on ise purustuv, liitium-ioon aku, mis suudab anda 2, 5 volti ja lahustuda või hajutada 30-minutilise veega langetamisel. Aku saab töölaua kalkulaatorit kasutada umbes 15 minutit.

Montazami ütles, et see on esimene ajutine aku, mis näitab võimsust, stabiilsust ja säilivust praktilisel kasutamisel.

Montazami ja tema meeskond avaldasid hiljuti oma avastused Journal of Polymer Science, B osa: Polümeer Füüsika.

Uurimuse kaasautorid on Nastarana Hashemi, mehaanikainstituudi doktorikunstnik; Simge Çinar, doktorikraadi teadur; Yuanfen Chen ja Reihaneh Jamshidi, kraadiõppurid; Kathryn White, Department of Energy-Ames Laboratory intern; ja Emma Gallegos, üliõpilane.

Ajutise aku väljatöötamist toetas Iowa riigi interdistsiplinaarsete uuringute presidendi algatus ja masinaehituse osakond.

"Erinevalt tavapärasest elektroonikast, mis on kavandatud toimima pikka aega, on mööduva elektroonika peamine ja unikaalne omadus töötada tavaliselt lühikese ja täpselt kindlaksmääratud ajavahemiku jooksul ning läbida kiire ja ideaaljuhul täielik enesekonstruktsioon ja kaduda, kui transientsus käivitub ", kirjutasid teadlased oma raamatus.

Aga standardse akuga sõltuva mööduva seadme puhul?

"Kõik seadmed, millel pole ajutist toiteallikat, ei ole tegelikult mööduvad, " ütles Montazami. "See on kõikide töökomponentidega patarei. See on palju keerulisem kui meie eelmine tööaeg mööduva elektroonikaga."

Montazami eelmine, kontseptsiooniline projekt hõlmas elektroonikat, mis on trükitud degradeeruva polümeerse komposiidi ühele kihile. Ajutine aku koosneb kaheksast kihist, sealhulgas anood, katood ja elektrolüütide eraldaja, mis kõik on kaetud polüvinüülalkoholi polümeeri kahe kihiga.

Aku ise on pisike - umbes 1 millimeetrine paksus, 5 millimeetrit pikk ja 6 millimeetrit lai. Montazami ütles, et aku komponendid, struktuur ja elektrokeemilised reaktsioonid on kõik väga sarnased kaubanduslikult väljaarendatud aku tehnoloogiale.

Kuid kui te seda vees lasete, siis puruneb polümeerikate, elektrodid lahustatakse ja lahustuvad. Montazami ütleb kiiresti, et aku ei kao täielikult. Aku sisaldab nanoosakesi, mis ei lagunevad, kuid need hajuvad, sest aku kate purustab elektroodid eraldi.

Ta kutsub seda "füüsikalist-keemilist hübriidset transientsust."

Mis on rakenduste puhul, mis vajavad pikemaajalist tasu? Vastavalt teadlaste paberile võib suuremad suurema võimsusega patareid pakkuda rohkem energiat, kuid nad ka ise kaovad. Dokumendis pakutakse välja, et kõrgema võimsustasemega rakendusi võiks ühendada mitu väiksemat patareid.

Kuigi akud on proovitud ja katsetatud tehnoloogia, ütles Montazami, et lühiajalise aku projekt esitas oma uurimisrühma jaoks kolm peamist väljakutset.

Esiteks ütles ta, et aku peaks tootma pika sarnase kommertsiaalse akuga, sest paljud seadmed ei tööta, kui pinge on madal või ebakindel. Teiseks vajavad patareid mitut kihti ja keerukat struktuuri. Ja kolmandaks, patareide valmistamine oli keeruline ja tegi korduvalt katseid.

Ja mis hoiab rühma, kes töötab läbi kõik selle?

"Materjalide teaduse osa sellest, " ütles Montazami. "See on keeruline materjalide probleem ja sarnaste projektidega pole palju rühmi."

menu
menu