Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümünde Mühendislik Profesörü Spencer T. Olin Profesör olan Ulrich Wiesner liderliğindeki Cornell Üniversitesi'ndeki araştırmacı ekibi, yıldırım hızında şarj potansiyeline sahip bir pilin talebini ele alıyor.
Bu teknolojinin arkasındaki fikir: "Pillerin anot ve katodu iletken olmayan bir ayırıcının her iki tarafında yer almak yerine, bileşenleri enerji için gerekli bileşenlerle doldurulmuş binlerce nano ölçekli gözenekle kendi kendine birleşen, 3 boyutlu bir jiroid yapıda iç içe geçirin depolama ve teslimat ”.
Royal Society'nin bir yayını olan Energy and Environmental Science dergisinde 16 Mayıs'ta yayınlanan " Elektrik Enerjisi Depolaması için Blok Kopolimerden Türetilmiş 3 Boyutlu İçine Giren Çok Fonksiyonlu Gyroidal Nanohybrid" başlıklı makalesi olan Wiesner, "Bu gerçekten devrim niteliğinde bir pil mimarisi" dedi. Kimya Bölümü.
Wiesner, "Bu üç boyutlu mimari, temelde cihazınızdaki ölü hacimden kaynaklanan tüm kayıpları ortadan kaldırır," dedi. Daha da önemlisi, bu iç içe geçmiş alanların boyutlarını bizim yaptığımız gibi nano ölçeğe indirgemek size daha yüksek güç yoğunluğu emirleri veriyor. Diğer bir deyişle, enerjiye geleneksel pil mimarileriyle genellikle yapılanlardan çok daha kısa sürede erişebilirsiniz. "
Bu ne kadar hızlı? Wiesner, pilin elemanlarının boyutlarının nano ölçeğe küçültülmesi nedeniyle, "kablonuzu sokete koyduğunuzda saniyeler içinde, belki daha da hızlı bir şekilde pilin şarj olacağını" söyledi.
Bu 3 boyutlu pilin konsepti, bir gyroidal güneş pili ve bir gyroidal süperiletken içeren diğer elektronik cihazlarda kullanmak için kullandıkları blok kopolimer kendinden montajına dayanmaktadır. Bu çalışmanın baş yazarı Joerg Werner, kendiliğinden birleşen filtrasyon membranlarını denedi ve bu prensibin enerji depolaması için karbon malzemelere uygulanıp uygulanamayacağını merak etti.
Jiroidal ince karbon filmleri - pilin anotu, blok kopolimerin kendi kendine montajı ile oluşturulmuştur - 40 nanometre genişliğinde binlerce periyodik gözenek içeriyordu. Bu gözenekleri, elektronik olarak yalıtılmış ancak iyon ileten ayırıcı 10 nanometre kalınlığında, işlemin doğası gereği iğne deliksiz bir ayırma katmanı oluşturan elektro-polimerizasyon yoluyla kaplanmış bir 10 nanometre kalınlığıyla daha fazla kaplamak. Ve kesinlikle ayırıcıdaki delikler gibi bu kusurlar, cep telefonları ve dizüstü bilgisayarlar gibi mobil cihazlarda yangınlara neden olan feci arızalara yol açabilir.
Katot malzemesinin eklenmesi olan ikinci aşamaya geçiş. Bu durumda, gözeneklerin geri kalanını tam olarak doldurmayacak şekilde uygun miktarda Kükürt ekleyin. Ancak kükürt elektronları kabul edebilir ancak elektrik iletmez. Son adım, PEDOT (poli) olarak bilinen elektronik olarak iletken bir polimerle geri doldurmaktır.
Wiesner, bu mimari kavramın kanıtı sunsa da, zorluklarla dolu olmadığını söyledi. Pili boşaltma ve şarj etme sırasında hacim değişiklikleri, kükürtün yaptığı hacim genişlemesini deneyimlemeyen PEDOT şarj toplayıcısını kademeli olarak bozar.
"Sülfür genişlediğinde," dedi Wiesner, "Parçalanan bu küçük polimer parçalarına sahip olursunuz ve sonra tekrar büzüldüğünde yeniden bağlanmaz. Bu, daha sonra erişemeyeceğiniz 3B pil parçaları olduğu anlamına geliyor. "
Ekip hala tekniği mükemmelleştirmeye çalışıyor, ancak konsept kanıtı çalışmasında hastanın korunması için başvurdu. Çalışma, CORNELL'deki Enerji Malzeme Merkezi tarafından desteklendi ve ABD Enerji Bakanlığı'nın yanı sıra Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.