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.
Вчера, 13:37
Илья Ведмеденко

Второго декабря, в 02:20 (мск), должен состояться запуск ракеты-носителя Falcon 9 Block 5 с новой партией спутников Starlink. Трансляция будет доступна на нашем сайте.

27 ноября
Илья Ведмеденко

По информации осведомленного источника ТАСС, в России начали серийно изготавливать гиперзвуковые «Цирконы». Ранее сообщалось, что первым штатным носителем комплекса должен стать фрегат «Адмирал Головко».

Вчера, 11:26
Илья Ведмеденко

Второго декабря, в 03:31 (мск), должен состояться запуск ракеты-носителя «Союз-СТ-Б» с аппаратами Galileo. Трансляцию вы сможете посмотреть на нашем сайте.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: