Inženjeri napravili novi materijal za superkondenzatore

Ilustracija niobijum oksida koji su pronašli naučnici sa UCLA

Ilustracija niobijum oksida koji su pronašli naučnici sa UCLA

Praveći značajan korak ka poboljšanju isporuke električne energije pocev od gradskih mreža do regenerativnog kocionog sistema kod hibridnih vozila, istraživači sa UCLA Henry Samueli škole inženjerstva i primenjene nauke, sintetizovali su materijal koji pokazuje visoku spsobnost, kako za brzim skladištenjem, tako i otpuštanjem energije.

U članku objavljenom 14. aprila u recenziranim novinama Nature Materials, tim, vođen profesorom za nauku o materijalima i inženjerstvom Bruce Dunnom, definisao je karakteristike sintetizovane forme niobijum oksida – jedinjenja zasnovanom na elementu koji se koristi u izradi nerđajućeg čelika, koji ima sposobnost da skladišti energiju. Materijal bi se koristio kao superkondenzator, uređaj koji kombinuje visoki kapacitet skladištenja litijumovih jonskih baterija, i brže isporuke energije, koju poseduju obični kondenzatori.

UCLA istraživači izjavili su da bi razvoj ovakvog materijala mogao da dovede do veoma brzog punjenja, od mobilnih uređaja, pa sve do industrijske opreme. Na primer, superkondenzatori se trenutno koriste u sistemima za skladištenje energije koji kasnije pokreću kranove na lukama, i tako smanjuju upotrebu hidrokarbonskih goriva kao što je dizel.

“Ako nam ovo uspe, bilo bi teško razlikovati bateriju od superkondenzatora“, izjavila je Veronica Augustyn, postdiplomac iz nauke o materijalima na UCLA i glavni urednik članka. “Ovo otkirće otklanja nedostatke kondenzatora i baterija“, dodala je Veronica.

Baterije efektivno skladište energiju, ali je ne isporučuju efikasno zbog toga što se napunjeni navoji, ili joni, teže kreću kroz čvrst materijal baterije. Kondenzatori, koji skladište energiju na površini materijala, generalno imaju slabu sposobnost skladištenja. Dunnov tim istraživača uspeo je da sintetiše niobijum oksid koji pokazuje značajan prostor za skladištenje kroz “umetanje pseudokondenzatora“, čiji joni mogu biti deponovani najvećim delom u niobijum oksidu na isti način kao što bi zrna peska mogla biti deponovana između kamenčića.

Kao rezultat, elektrode sa 40 mikrona debljine – otprilike isto kao i jedna baterija – mogu brže da skladište i isporuče energiju nego elektrode koje su 100 puta tanje.

Dunn naglašava da iako su elektrode samo prvi korak, “za dalji inženjering na nanoskali i šire biće neophodno napraviti praktičan uređaj sa visokom električnom gustinom koji bi mogao da se napuni za manje od minut.“

Baterije budućnosti: aerogel ili smrznuti dim

Uporedo sa napretkom tehnologije, baterije, kao izvor energije, su doživele razne varijacije i oblike – od blata pa sve do kafe i vode. Naravno, to nije razlog da se ne proba još nešto.

Istraživači sa univerziteta u centralnoj Floridi, su možda na najboljem putu da naprave najlakšu moguću bateriju, do sada. Osnovni materijal: smrznuti dim! Međutim, svi koji se bave ovim poljem istraživanja znaju za drugo ime – Aerogel.

Sadržaj aerogela uglavnom čine nanocevi ugljenika sa višestrukim zidovima, gde je svaka od tih cevi nekoliko hiljada puta tanja od ljudske dlake. Ako je verovati istraživačima, Lei Zhai i Jianhua Zou, aerogel, ovako koncipiran, bi mogao uskoro da postane najbolji materijal za kondenzatore i baterije.

Zbog same strukture nanocevi, materijal ovakve baterije bi mogao da „detektuje“ čak i najmanje promene u pritisku i temepraturi. Kako ugljenične nanocevi, ustvari, imaju veliku površinu očekuje se da bi bile bolje u skladištenju energije, nego konvencionalne baterije.

Profesor Zhai smatra da “potencijalna primena aerogela može otvoriti pristup novim područjima istraživanja koje do sada nismo mogli ni zamisliti.“  Postoje već špekulacije da bi se od ovog materijala mogao napraviti super-kondenzator, gde bi višeslojne nanocevi ugljenika omogućile oslobađanje velike enrgije u vrlo kratkim vremenskim intervalima, mlazevima.

Bez obzira na postojeće ime – aerogel, neki i dalje vole da ga imenuju kao „smrznuti dim“…