Ученые разработали батареи для исследования Марса — Naked Science
6 минут
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.
Позавчера, 20:38
32 минуты
Илья Ведмеденко

Недавние события в Нагорном Карабахе показали, что победить в современной войне, не имея ударных беспилотников, сложно. Россия пока отстает от стран Запада, Китая, Израиля и даже Турции, но делает все возможное, чтобы сократить этот разрыв.

Позавчера, 18:08
6 минут
Ольга Иванова

Американские специалисты проанализировали данные 174 исследований и пришли к выводу, что счастливые романтические пары имеют ряд схожих психологических черт.

Сегодня, 07:45
5 минут
Василий Парфенов

Исследование частичек пыли из ядра кометы 67P/Чурюмова — Герасименко показало наличие в них фосфора в твердой форме. Это означает, что все необходимые для возникновения жизни химические элементы могут быть принесены на Землю кометами.

22 ноября
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

24 ноября
7 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

24 ноября
7 минут
Василий Парфенов

Фанаты эпической киноленты «Космическая одиссея 2001 года» могут ликовать: на Земле нашли объект, похожий на показанные в фильме монолиты. Необычный металлический артефакт обнаружили сотрудники Департамента общественной безопасности штата Юта во время рутинного облета территорий.

14 ноября
35 минут
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

22 ноября
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

24 ноября
7 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

[miniorange_social_login]

Комментарии

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: