Το MXene μπορεί να είναι το κλειδί για μπαταρίες που φορτίζουν στη στιγμή!
The MXene, ένα νέο νάνο-υλικό που κατασκευάστηκε από επιστήμονες στο Drexel University, μπορεί να ανοίξει το δρόμο στην δημιουργία μπαταριών που φορτίζουν σε ελάχιστα χιλιοστά του δευτερολέπτου! Αν και είναι στις πρώτες του μέρες, προβλέπεται ότι θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί πλήρως, στα επόμενα 3 χρόνια.
Τα smartphone είναι το «νέο αίμα» της κοινωνίας μας. Μας κρατούν συνδεδεμένους με τον κοινωνικό μας κύκλο, αλλά και τις υπηρεσίες από τις οποίες εξαρτόμαστε, όπως τράπεζες, καταστήματα, πληρωμές λογαριασμών, αγορές, έλεγχο των αυτοκινήτων μας (σύντομα) και των έξυπνων οικιακών συσκευών μας και ο κατάλογος ολοένα αυξάνεται. Το γνωστό κύριο πρόβλημά τους είναι η διάρκεια της μπαταρίας τους και ο χρόνος επαναφόρτισής της. Αν όμως πετύχουν τελικά τα πολλά υποσχόμενα πειράματα των εργαστηρίων νάνο-υλικών του Drexel University, τότε μπορεί να μην έχουμε πια λόγο ανησυχίας.
Το κλειδί σε όλο αυτό λέγεται, όπως είπαμε, ‘MXene’ και πρόκειται για ένα «δισδιάστατο υλικό» που αποτελείται δηλαδή από δύο μέρη: Μια υδρογέλη (hydrogel – ζελ με ένα υγρό υδάτινο τμήμα) κι ένα οξείδιο μετάλλου. Είναι αρκετά πυκνό δομικά ώστε να προφυλάσσει από ραδιενέργεια και να φιλτράρει το νερό σύμφωνα με δοκιμές και επιδείξεις που έγιναν από το προσωπικό του Πανεπιστημίου Drexel. Όμως είναι ταυτόχρονα και αγώγιμο σε πολύ υψηλό βαθμό, κάτι που το καθιστά άριστο υποψήφιο για μεμβράνες μπαταριών.
Αυτό συμβαίνει χάρη στη χημική σύνθεση του ‘MXene’ που είναι βελτιστοποιημένη για τη ροή ηλεκτρονίων σε ηλεκτρόδια – εκεί δηλαδή που αποθηκεύεται η ενέργεια στις μπαταρίες όταν φορτίζονται. Οι μπαταρίες κρατούν τα ιόντα σε ειδικές θύρες που ονομάζονται «οξειδοαναγωγικά ενεργές» προκειμένου να κρατήσουν τη φόρτισή τους και ο αριθμός τέτοιων θυρών που εμπεριέχονται σε μια μπαταρία, είναι ευθέως ανάλογος του ποσού φόρτισης που μπορεί να κρατήσει.
Σε αντίθεση με τις μπαταρίες που γνωρίζουμε που έχουν περιορισμένο ποσό τέτοιων θυρών, το ‘MXene’ δημιουργεί πολλαπλές στρώσεις ώστε να μπορούν να υπάρχουν πολλές τέτοιες θύρες. Σε συνδυασμό με την υψηλή αγωγιμότητά του, βοηθά την ταχεία προσπέλαση των ιόντων στις θύρες επιταχύνοντας έτσι δραματικά την διαδικασία της φόρτισης.
«Στις παραδοσιακές μπαταρίες τα ιόντα περνούν «Γολγοθά» προκειμένου να φτάσουν στις θύρες αποθήκευσης, κάτι που όχι μόνον καθυστερεί την όλη διαδικασία αλλά δημιουργεί μια κατάσταση όπου ελάχιστα ιόντα φτάνουν στις θύρες γρήγορα», λέει η Maria Lukatskaya μια από τις ερευνήτριες της ομάδας. «Η ιδεώδης αρχιτεκτονική ηλεκτροδίων θα επέτρεπε τη διαδρομή των ιόντων μέσω πολλαπλών «λωρίδων κυκλοφορίας» αντί να πηγαίνουν από ένα στενό μονόδρομο. Η αρχιτεκτονική των δικών μας ηλεκτροδίων πέτυχε ακριβώς αυτό το σκοπό που επιτρέπει την ταχεία φόρτιση που μπορεί να διαρκέσει λιγότερο από μερικά δευτερόλεπτα.»
Το τελικό αποτέλεσμα θα μπορούσε να είναι μια μπαταρία που θα χρειάζεται μόλις μερικές δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου (!) για την πλήρη επαναφόρτισή της αντί των λεπτών ή της ώρας και άνω. Ο Yuri Gogotsi, ένας από τους καθηγητές στον τομέα της επιστήμης και μηχανικής υλικών είπε ότι το MXene στον πραγματικό κόσμο θα οδηγήσει στη δημιουργία πολύ καλύτερων μπαταριών για laptop αλλά και για ηλεκτρικά αυτοκίνητα ακόμη.
«Αν αρχίσουμε να χρησιμοποιούμε αυτού του είδους τα νέα υλικά, μπορούμε να κατασκευάσουμε μπαταρίες που θα είναι κατά πολύ ταχύτερες από τις σημερινές», είπε. «Τελικά η χρήση αυτής της τεχνολογίας θα οδηγήσει σε αυτοκίνητα, laptop, smartphone κλπ που θα έχουν μπαταρίες οι οποίες θα φορτίζουν σε πολύ υψηλότερες ταχύτητες – δευτερόλεπτα ή λεπτά (ανάλογα το μέγεθος) αντί για ώρες.»
Το MXene δεν είναι έτοιμο ακόμη για εμπορική χρήση – οι ερευνητές υπολογίζουν ότι χρειάζονται περίπου 3 χρόνια με την τελική διάθεσή του στη μαζική παραγωγή για τη χρήση του στη κατασκευή μπαταριών. Όμως η ομάδα συνεχίζει τις έρευνες και πάνω σε νέες εφαρμογές του.
See also: Η νέα «Μπαταρία Ελασμάτων» της Apple υπόσχεται ταχύτερες φορτίσεις – μεγαλύτερες χωρητικότητες
from Elichord
