Nanotechnologia w bateriach - prawdzia moc

Pokrycie elektrody roboczej nanokablami
utworzonym z LiMn2O4 znacząco polepsza parametry elektryczne
baterii litowych, utworzonych w oparciu o ten nowy nanomateriał.
Pojemność elektryczna układu to ponad 100 mA h przypadających na
każdy gram. Nowa bateria pozwala na ładowanie i rozładowywanie
prądem o gęstości nawet 20 A/g.

Właściwości nowego nanomateriału mogą zostać w przyszłości wykorzystane przy produkcji baterii dla nowoczesnych pojazdów hybrydowych, czy innych urządzeń elektrycznych - donosi "Nano Letters".

Upowszechnienie pojazdów napędzanych silnikami elektrycznymi ma według naukowców nie tylko uniezależnić ludzkość od kurczących się zapasów paliw nieodnawialnych (np. ropy naftowej), ale również przyczynić się do znacznej redukcji zanieczyszczenia środowiska wywołanego użytkowaniem ogromnej ilości aut.

Dotychczasowe próby wykorzystania nanotechnologii - różnego rodzaju nanomateriałów, złożonych z elementów o wielkości miliardowych części metra - nie przyniosło spodziewanych postępów w badaniach nad zwiększeniem pojemności najbardziej zaawansowanych obecnie magazynów energii elektrycznej - akumulatorów litowych.

Zespół badawczy profesora Haoshen Zhou z National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Japonia) odkrył i opracował metodę syntezy nowego nanomateriału, który dzięki unikatowym cechom fizykochemicznym być może zapoczątkuje rewolucję w produkcji nowoczesnych baterii, wykorzystujących dobrodziejstwa nanotechnologii.

Naukowcy opracowali metodę syntezy nanokabli LiMn2O4 wykorzystując w tym celu matrycę utworzoną z NaMnO4. Droga do litowych nanokabli, będących krystalicznymi tworami o średnicy dziesiątek nanometrów i długości setek mikrometrów (gdzie jeden nanometr to miliardowa, a jeden mikrometr to milionowa część metra), jest dość skomplikowana.

W pierwszym etapie, konieczne jest zsyntetyzowanie nanometrycznej matrycy - nanowłókien NaMnO4 - poprzez ogrzewanie mieszaniny wodorotlenku sodu i tlenku manganu (Mn3O4) w temperaturze 205 stopni Celsjusza, przez 4 dni. Następnie, prowadzona jest reakcja wymiany jonów sodu na lit, przy użyciu azotanu litu oraz chlorku litu - proces prowadzony jest również w podwyższonej temperaturze (450 stopni Celsjusza). Ostatecznie, gotowe krystaliczne nanokable LiMn2O4 powstają po 60 minutowym wyprażeniu próbki w 800 stopniach Celsjusza.

Tak przygotowany nanomateriał został użyty do wytworzenia elektrody roboczej 3-komorowej baterii, którą naukowcy poddali dokładnym testom.

Nowy litowy akumulator osiągnął pojemność elektryczną przekraczającą 115 mAh/g. Co więcej, układ ten pozwolił na ładowanie i rozładowanie prądem o gęstości 20 A/g.

Po ponad 100-krotnym ładowaniu i rozładowaniu prądem o gęstości 5 A/g pojemność układu pozostawała na niezmienionym poziomie - około 100 mA h/g.

Według naukowców, nowy układ powinien znaleźć zastosowanie w akumulatorach stosowanych między innymi w hybrydowych pojazdach napędzanych częściowo prądem elektrycznym. (PAP)