Les défis de stockage d'énergie de la nanotechnologie
La nanotechnologie a beaucoup à apporter à l'efficacité du stockage de l'énergie. Plusieurs groupes de recherche en nanotechnologie ont démontré le potentiel des batteries avec cinq à dix fois la densité de puissance des batteries lithium-ion actuellement disponibles. Mais ne prenez pas vos clés de voiture pour faire du shopping de la batterie. Plusieurs questions doivent être résolues avant que ces techniques sont incorporés dans les batteries à un prix abordable.
D'éliminer les fissures de silicium: Les chercheurs de l'Université de Stanford ont développé des nanofils de silicium sur un acier inoxydable substrat (une structure sur laquelle une substance peut être cultivé ou déposée). Batteries construits avec des anodes en utilisant ces nanofils de silicium ont jusqu'à dix fois la densité de puissance des batteries lithium-ion classiques.
Les nanofils de silicium éliminer le problème de la fissuration du silicium qui se produit lors de l'utilisation de silicium en vrac. Le craquage est provoquée par le gonflement de silicium car il absorbe des ions lithium pendant que la batterie est rechargée et la contraction de silicium en tant que la batterie est déchargée (lorsque les ions lithium quittent le silicium). Les chercheurs ont constaté que les nanofils de silicium gonflent et contrat, mais ne se fissurent pas.
Surmonter les limites de densité de puissanceLes gens occupés au MIT ont développé une technique pour déposer des nanotubes de carbone alignés sur un substrat destiné à être utilisé comme anode, la cathode et éventuellement, dans une batterie lithium-ion. Les molécules organiques attachés aux nanotubes de carbone permet de les aligner verticalement sur le substrat. Les molécules contiennent plusieurs atomes d'oxygène qui fournissent des ions lithium points qui peuvent se lier à.
Cette méthode pourrait augmenter la densité de puissance des batteries lithium-ion de façon significative, peut-être jusqu'à dix fois. Un fabricant de batteries appelé Contour Energy Systems a autorisé cette technologie et envisage de l'utiliser dans leur prochaine génération de batteries lithium-ion.
Prolonger la vie de la batterie: Une autre voie prometteuse pour augmenter la densité de puissance des piles est d'incorporer le soufre dans la cathode. La cathode est l'électrode à ce que les ions lithium passer à lorsque la batterie est déchargée. Dans les batteries lithium-soufre, la cathode est une combinaison de carbone et de soufre conventionnel.
Les ions lithium se fixent à des molécules de soufre et l'atome de carbone mène à électrons et les fils de l'extérieur de la batterie. Cependant, le soufre peut dissoudre à partir de la cathode, ce qui limite la durée de vie de la batterie.
Des chercheurs de l'Université de Waterloo ont démontré qu'ils pouvaient réduire de façon significative la perte de soufre provenant de la cathode par la fabrication du carbone avec de nombreux nanopores minuscules remplis de soufre.
Différents chercheurs ont tenté pendant des années d'obtenir des batteries lithium-soufre de travailler parce que la réaction électrochimique lithium-soufre dégage plus d'énergie, ce qui devrait rendre la densité de puissance des batteries lithium-soufre d'environ trois ou quatre fois plus élevés que les batteries lithium-ion. Le travail de ces chercheurs nous rapproche du jour où les batteries lithium-soufre deviendront pratique.
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