Kỹ sư cơ khí xây dựng điện trực tiếp tỷ số bóng đá pin 'sẵn sàng để đi với thủy tinh-gốm
Thứ năm, ngày 31 tháng 3 năm 2016
Gurpreet Singh, Phó giáo sư kỹ thuật cơ khí và hạt nhân, và nhóm nghiên cứu của ông đã phát triển một điện trực tiếp tỷ số bóng đá pin giống như giấy sử dụng thủy tinh silicon oxycarbide và graphene. |Tải xuống ảnh này.
Manhattan - Một điện trực tiếp tỷ số bóng đá pin giống như giấy được phát triển bởi một kỹ sư của Đại học bang Kansas có thể cải thiện các công cụ để khám phá không gian hoặc xe máy không người lái.
Gurpreet Singh, Phó Giáo sư Kỹ thuật Cơ khí và Hạt nhân, và nhóm nghiên cứu của ông đã tạo ra điện trực tiếp tỷ số bóng đá pin bằng kính silicon oxycarbide và graphene.
Điện trực tiếp tỷ số bóng đá pin có tất cả các đặc điểm đúng. Nó nhẹ hơn 10 phần trăm so với các điện trực tiếp tỷ số bóng đá pin khác. Nó có hiệu suất đạp xe gần 100 phần trăm cho hơn 1000 chu kỳ phóng điện. Nó được làm từ các vật liệu chi phí thấp là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp silicon. Và nó hoạt động ở nhiệt độ thấp tới mức âm 15 độ C, mang lại cho nó nhiều ứng dụng trên không và không gian.
Nghiên cứu xuất hiện trong bài viết truyền thông tự nhiên "Điện trực tiếp tỷ số bóng đá giấy tổng hợp thủy tinh silicon oxycarbide cho pin lithium-ion chu kỳ dài. "
Nhóm nghiên cứu của Singh đã khám phá các kết hợp vật liệu mới cho pin và thiết kế điện cực. Rất khó để kết hợp graphene và silicon trực tiếp tỷ số bóng đáo pin thực tế vì những thách thức phát sinh ở mức tải khối lượng cao-chẳng hạn như công suất thấp trên mỗi thể tích, hiệu quả đạp xe kém và mất ổn định cơ học hóa học.
Nhóm của Singh đã giải quyết những thách thức này bằng cách sản xuất một điện trực tiếp tỷ số bóng đá tự hỗ trợ và sẵn sàng để bao gồm một loại gốm thủy tinh gọi là silicon oxycarbide được kẹp giữa các tiểu cầu lớn của graphene hóa học hoặc CMG. Điện trực tiếp tỷ số bóng đá có công suất cao khoảng 600 miliampere mỗi gram-400 miliampere mỗi cm khối-có nguồn gốc từ silicon oxycarbide. Thiết kế giống như giấy được làm bằng 20 phần trăm tiểu cầu graphene biến đổi hóa học.
"Thiết kế giống như giấy khác biệt rõ rệt với các điện cực được sử dụng trong pin ngày nay vì nó loại bỏ hỗ trợ lá kim loại và keo polymer - cả hai đều không đóng góp trực tiếp tỷ số bóng đáo công suất của pin", Singh nói.
Thiết kế mà nhóm của Singh đã phát triển tiết kiệm khoảng 10 % tổng trọng lượng của tế bào. Kết quả là một điện trực tiếp tỷ số bóng đá nhẹ có khả năng lưu trữ lithium-ion và electron với hiệu suất đạp xe gần 100 % cho hơn 1000 chu kỳ phóng điện tích. Khía cạnh quan trọng nhất là vật liệu có thể chứng minh hiệu suất như vậy ở cấp độ thực tế, Singh nói.
Các tế bào điện trực tiếp tỷ số bóng đá giấy cũng có thể cung cấp công suất 200 miliampere mỗi gram ngay cả khi được giữ ở mức âm 15 độ C trong khoảng một tháng, điều này khá đáng chú ý khi xem xét hầu hết các pin không hoạt động ở nhiệt độ thấp như vậy, Singh nói.
"Điều này cho thấy rằng pin sạc từ các điện trực tiếp tỷ số bóng đá silicon-glass và graphene cũng có thể phù hợp cho các phương tiện trên không không người lái bay ở độ cao cao, hoặc thậm chí có thể là ứng dụng không gian", Singh nói.
Bản thân chất liệu silicon oxycarbide khá đặc biệt, Singh nói. Nó được chuẩn bị bằng cách làm nóng nhựa chất lỏng đến mức phân hủy và biến đổi thành các hạt giống như thủy tinh sắc nhọn. Các nguyên tử silicon, carbon và oxy được sắp xếp lại thành cấu trúc 3-D ngẫu nhiên và bất kỳ carbon dư nào kết tủa ra trực tiếp tỷ số bóng đáo các vùng tế bào. Một cấu trúc 3 chiều như vậy tạo ra các vị trí lớn để lưu trữ lithium có thể đảo ngược và các kênh trơn tru để vận chuyển lithium-ion. Cấu trúc và cơ chế lưu trữ lithium này khác với các điện cực silicon tinh thể. Các điện cực silicon oxycarbide dự kiến sẽ có chi phí thấp vì nguyên liệu thô - nhựa chất lỏng - là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp silicon.
Tiến về phía trước, Singh và nhóm của anh ấy muốn giải quyết những thách thức thực tế. Mục tiêu của Singh là sản xuất vật liệu điện trực tiếp tỷ số bóng đá này ở kích thước thậm chí lớn hơn. Ví dụ, pin và pin bút chì ngày nay sử dụng các điện trực tiếp tỷ số bóng đá đồng được phủ than chì có chiều dài nhiều hơn một feet. Nhóm cũng muốn thực hiện các thử nghiệm uốn cơ học để xem chúng ảnh hưởng đến các tham số hiệu suất như thế nào.
"Cuối cùng, chúng tôi muốn làm việc với ngành công nghiệp để khám phá sản xuất các tế bào đầy đủ của trực tiếp tỷ số bóng đá lithium-ion," Singh nói. "Silicon oxycarbide cũng có thể được điều chế bằng cách in 3 chiều, đây là một lĩnh vực khác mà chúng tôi quan tâm."
Nghiên cứu đã nhận được tài trợ từ Quỹ Khoa trực tiếp tỷ số bóng đá Quốc gia, bao gồm Singh'sKỹ sư nhận giải thưởng nghề nghiệp NSF.
Các nhà nghiên cứu khác của Đại trực tiếp tỷ số bóng đá có liên quan bao gồm Lamuel David, 2015 tốt nghiệp tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí,Oak Ridge, Tennessee; Romil Bhandavat, 2013 tốt nghiệp tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí,Hillsboro, Oregon; và Uriel Barrera, Cử nhân 2015 tốt nghiệp ngành Kỹ thuật cơ khí,Oledit.
