ახალი მასალა, რომელიც თქვენს სმარტფონებსა და ელექტრომობილებს წამებში დატენის

0
1021

დროის გამონახვა, შეერთება და დატენვა შესაძლოა მალე ისტორიას ჩაბარდეს, რადგან მეცნიერებმა უკვე შექმნეს ახალი ელექტროდის მონახაზი, რომელმაც შესაძლოა ბატარეა საათების ნაცვლად, წამებში დამუხტოს. 

მკვლევართა განცხადებით, გამოგონებამ შეიძლება გადაჭრას არა მხოლოდ სმარტფონთა დატენვის ტკივილი, არამედ ელექტრო-ავტომობილთა ბაზრის ერთ-ერთი მთავარი პრობლემაც.

ენერგიის შემნახველი სუპერკონდენსატორების გამოყენება პორტატულ მოწყობილობებში, წინა კვლევებში არაერთხელ სცადეს. სუპერკონდენსატორები ენერგიას ვრცელი იმპულსების სახით უშვებს და უდიდესი პოტენციალი აქვთ ტექნოლოგიების ენერგიით უზრუნველყოფის თვალსაზრისით.

პრობლემა ისაა, რომ მათი გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ სწრაფი დამუხტვა/დაცლის ციკლებისთვის და არა ენერგიის ხანგრძლივი შენახვისთვის.

თუმცა ამჯერად, ფილადელფიის დრექსელის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფმა სუპერკონდენსატორის მახასიათებლები შეურწყა ტრადიციული ბატარეებისას და ენერგიის შენახვის მოცულობა გაზარდეს მასალით, რომელსაც MXene-ს უწოდებენ.

„ეს ქაღალდი უარყოფს ფართოდ გავრცელებულ დოგმას, რომ ქიმიური დასამუხტი საცავი, რომელსაც ბატარეებში იყენებენ, ყოველთვის გაცილებით ნელია, ვიდრე ორშრიან კონდენსატორებში გამოყენებული ფიზიკური საცავი, რომელსაც სუპერკონდენსატორი ეწოდება“, — ამბობს დრექსელის ინჟინერიის კოლეჯის მკვლევარი იური გოგოცი.

„ყველას ვაჩვენეთ, თუ როგორ დავმუხტეთ თხელი MXene-ს ელექტროდები ათობით მილიწამში. ამის შესაძლებლობა MXene-ს ძალიან მაღალმა ელექტროგამტარიანობამ მოგვცა. ეს კი გზას გვიხსნის ენერგიის ულტრასწრაფი საცავების მქონე მოწყობილობათა შექმნისკენ, რომლებიც წამებში დაიმუხტება და განიმუხტება, მაგრამ შეინახავს გაცილებით მეტ ენერგიას, ვიდრე სტანდარტული კონდენსატორები“.

MXene ბრტყელი ნანომატერიალია, რომელიც სენდვიჩს ჰგავს: შედგება მჟავას „პურისგან“, გამტარი ნახშირბადისა და მეტალის „ბლომბისგან“. როდესაც ისინი მზადდება, MXene-ს ფენები თითოეული ინგრედიენტის თავზე თავსდება.

მიუხედავად იმისა, რომ MXene-ს ბრწყინვალე გამტარუნარიანობა აქვს, ფენოვანი სტრუქტურა წარმოქმნის ბარიერს, რომლიდან გაღწევაც აღარ შეუძლიათ რკინის იონებსა და დამუხტვის ქიმიურ გადამზიდავებს, რომლებიც მთელი ბატარეის მასშტაბით იფანტებიან.

იმისათვის, რათა ბატარეა დაიმუხტოს, იონებს ატარებენ პორტები, რომლებსაც „ჟანგვის აქტიური ადგილები“ ეწოდება. რაც უფრო მეტია ასეთი პორტი, უფრო მეტი ენერგიის შენახვა შეუძლია ბატარეას და რაც მნიშვნელოვანია, ბატარეა იონებს ასევე აძლევს თავისუფლად მოძრაობის საშუალებას, რადგან სხვაგვარად, ისინი პორტებამდე ვერ მიაღწევდნენ.

იმისათვის, რომ უზრუნველყოფილი იყოს MXene-ში იონების თავისუფლად მოძრაობა, კიდევ რაღაც უნდა გაკეთდეს თავად სტრუქტურაში.

მეცნიერებმა MXene-ს სტრუქტურა ჰიდროგელთან შერევის გზით შეცვალეს, რის შედეგადაც, სენდვიჩისებრი სტრუქტურა უფრო შვეიცარული ყველისას დაემსგავსა, რომელიც უკვე თავისუფლად ატარებს იონებს.

„ტრადიციულ ბატარეებსა და სუპერკონდენსატორებში, იონებს დაკლაკნილი ბილიკების გავლა უწევთ დამმუხტველი პორტებისკენ, რაც არა მარტო ანელებს ყველაფერს, არამედ ასევე წარმოქმნის სიტუაციას, რომელშიც დანიშნულების ადგილს სინამდვილეში ძალიან ცოტა იონი აღწევს“, — ამბობს მკვლევართა ჯგუფის წევრი მარია ლუკაცკაია.

„იდეალური იქნებოდა ელექტროდის ისეთი არქიტექტურა, რომელშიც იონები პორტისაკენ მრავალხაზიანი მაღალი სიჩქარის „ავტობანებზე“ გაივლიდნენ, ნაცვლად ერთხაზიანი გზებისა. ჩვენს მაკროპორულ ელექტროდის დიზაინში ეს მიზანი მიღწეულია, რაც სწრაფი დატენვის საშუალებას გვაძლევს — სულ რამდენიმე წამში“.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს ტექნოლოგია იმედისმომცემად ჩანს, აუცილებელია აღინიშნოს ისიც, რომ გაურკვეველია ზუსტად როგორი იქნება ის გამოყენებაში ავტომობილების შემთხვევაში. მაგრამ ეჭვგარეშეა, რომ თუკი ეს კვლევა წარმატებით დასრულდა და საბოლოო მიზანსაც მიაღწია, აბსოლუტურად შეიცვლება მობილურებისა და ავტომობილების ბატარეების დატენვისა და გამოყენების გზები.

„თუკი დავიწყებთ დაბალგანზომილებიანი და ელექტროგამტარი მასალების  გამოყენებას ბატარეების ელექტროდებად, დღევანდელთან შედარებით ბევრად გაიზრდება და ასწრაფდება ბატარეების მუშაობა. თანდათანობით, ჩვენი ავტომანქანების, ლეპტოპებისა და მობილური ტელეფონების ბატარეები დაიმუხტება გაცილებით დიდი სისწრაფით — წამებში ან წუთებში, საათების ნაცვლად“, — ამბობს ამბობს დრექსელის ინჟინერიის კოლეჯის მკვლევარი იური გოგოცი.

ფანტასტიკურად ჟღერს, არა? ისღა დაგვრჩენია, დაველოდოთ.

კვლევა ჟურნალ Nature Energy-ში გამოქვეყნდა.

 

NO COMMENTS