Ученые разработали батареи для исследования Марса — Naked Science
01.09.2020
Денис Гордеев

Ученые разработали батареи для исследования Марса

3.5

Замена графита на кремниевые наночастицы позволит снизить вес аккумуляторов и увеличить скорость их заряда.

Схема внутреннего строения элементов питания
Схема внутреннего строения элементов питания. Кремниевые наночастицы (silicon nanoparticles) зажаты между слоями углеродных нанотрубок (bucky paper) / Podila, Chiluwal et al., ACS Applied Materials & Interfaces, 2020

Исследователи из Клемсонского университета (штат Южная Каролина) разработали технологию, которая позволит создавать более легкие и быстрозаряжаемые элементы питания для марсианских исследовательских аппаратов и спутников. Статья о разработке опубликована в издании ACS Applied Materials & Interfaces.

Вес батареи — важная характеристика, когда речь идет о космических исследованиях. «Большинство аппаратов в основном получают энергию от солнца, — говорит один из авторов работы Рамакришна Подила. — Но спутники должны иметь возможность накапливать энергию до тех пор, пока они находятся в тени, отбрасываемой Землей. Мы должны сделать батареи как можно более легкими, потому что чем больше весит спутник, тем дороже обойдется его миссия».

Чтобы понять, чего добились ученые, можно представить графитовый анод в литий-ионной батарее как колоду карт, где каждая карта — это слой графита, используемый для хранения заряда. Главная проблема здесь заключается в том, что графит не слишком емок и не может хранить достаточно большой заряд. Исследователи решили исправить это, выбрав другой материал для анода — кремний.

Сравнение структуры медного (а) и кремний-углеродного (b) электродов / Podila, Chiluwal et al., ACS Applied Materials & Interfaces

Кремний обладает более высокой электроемкостью, однако при заряде и разряде распадается на мелкие частицы. Чтобы обойти это препятствие, команда ученых использовала кремниевые наночастицы, которые повышают стабильность устройства и обеспечивают более длительный срок службы.

Таким образом, в новой технологии вместо графитовой «колоды карт» используются углеродные нанотрубки, между которыми расположены кремниевые прослойки. «Эти нанотрубки образуют квазитрехмерную структуру, удерживают кремниевые наночастицы вместе даже после 500 циклов и снижают электрическое сопротивление, возникающее в результате разрушения наночастиц», — объясняет соавтор работы Шайлендра Чилувал.

Изменение гравиметрической емкости нового типа батарей на 100 циклах заряда разряда в диапазоне 0,01 — 1В (красный цвет) и 0,1 — 1 В (черный цвет) / Podila, Chiluwal et al., ACS Applied Materials & Interfaces

Использование элементов питания из кремния и других наноматериалов не только увеличивает емкость, но и позволяет заряжать аккумуляторы более мощным током, что приводит к сокращению времени зарядки. Новая конструкция позволяет заряжать батареи вчетверо быстрее, чем это возможно для существующих аналогов.

Новая технология создавалась при финансовой поддержке NASA и предназначена в первую очередь для космических исследований с прицелом на изучение Марса. Усовершенствованные элементы питания можно использовать в спутниках, марсоходах и скафандрах. Кроме того, в будущем такую технологию можно будет применять и на Земле — например, в электромобилях.

Ранее мы писали о сверхдолговечных батареях из ядерных отходов, которые анонсировала американская компания NDB, а также о новом гибридном устройстве, которое способно не только улавливать, но и хранить солнечную энергию.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сегодня, 13:49
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

30 июля
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

30 июля
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: