Etid te dekouvri yon fason fè pil ke nou itilize chak jou yo dwe pi fleksib, pwisan ak an sekirite.
Nou nan lane 2018 e lavi chak jou nou kounye a alimenté pa diferan gadjèt ki swa mache ak elektrisite oswa ak pil. Depandans nou sou gadjèt ak aparèy ki mache ak pil ap grandi anpil. Yon pil se yon aparèy ki estoke enèji chimik ki konvèti an elektrisite. Pil yo tankou mini reaktè chimik ki gen reyaksyon ki pwodui elektwon plen enèji ki koule nan aparèy ekstèn lan. Kit se telefòn selilè, òdinatè pòtab oswa menm lòt machin elektrik, pil - jeneralman ityòm-ion - se prensipal sous enèji pou teknoloji sa yo. Ofiramezi teknoloji kontinye ap avanse, gen yon demann kontinyèl pou pil rechargeable ki pi kontra enfòmèl ant, ki gen gwo kapasite, epi ki an sekirite.
Batri yo gen yon istwa long ak bèl pouvwa. Syantis Ameriken Benjamin Franklin te premye itilize tèm "batri" an 1749 pandan y ap fè eksperyans ak elektrisite lè l sèvi avèk yon seri kondansateur lye. Fizisyen Italyen Alessandro Volta te envante premye batri a an 1800 lè yo te mete disk kòb kwiv mete (Cu) ak zenk (Zn) separe pa twal tranpe nan dlo sale. Batri plon-asid la, youn nan pil rechargeable ki pi dirab ak pi ansyen yo te envante nan 1859 epi li toujou itilize nan anpil aparèy menm jodi a ki gen ladan motè combustion entèn nan machin yo.
Pil yo fè anpil pwogrè e jodi a yo vini nan yon seri gwosè soti nan gwo Megawatt, kidonk an teyori yo kapab estoke enèji ki soti nan fèm solè epi klere mini vil yo oubyen yo ta ka osi piti ke sa yo itilize nan mont elektwonik yo, se yon bèl bagay pa vre. Nan sa yo rele yon pil prensipal, reyaksyon ki pwodui koule elektwon yo se irevokabl e finalman lè youn nan reyaktif li yo konsome pil la vin plat oswa mouri. Pil prensipal ki pi komen an se pil zenk-kabòn. Pil prensipal sa yo te yon gwo pwoblèm e sèl fason pou rezoud pwoblèm eliminasyon pil sa yo se te jwenn yon metòd pou yo te ka reitilize yo – sa vle di fè yo rechajab. Ranplasman pil ak nouvo te evidamman enpratik e konsa, pandan pil yo te vin pi puisan e pi gwo, li te vin prèske enposib san mansyone ke li te byen chè pou ranplase yo epi jete yo.
Nikèl-Kadmyòm batri (NiCd) se te premye pil rechargeable popilè ki te itilize yon alkali kòm yon elektwolit. An 1989 pil idwojèn nikèl-metal (NiMH) yo te devlope gen plis lavi pase pil NiCd. Sepandan, yo te gen kèk dezavantaj, sitou ke yo te trè sansib a surcharge ak surchof espesyalman lè yo te chaje di to maksimòm yo. Se poutèt sa, yo te dwe chaje tou dousman ak anpil prekosyon pou fè pou evite nenpòt domaj epi yo te mande plis tan yo jwenn chaje pa chajè ki pi senp.
Envante an 1980, pil ityòm-ion (LIB) yo se pil ki pi souvan itilize nan aparèy elektwonik konsomatè yo jodi a. Ityòm se youn nan eleman ki pi lejè yo epi li gen youn nan pi gwo potansyèl elektwochimik yo, kidonk konbinezon sa a ideyal pou fè pil. Nan LIB yo, iyon ityòm yo deplase ant diferan elektwòd atravè yon elektwolit ki fèt ak sèl ak solvan òganik (nan pifò LIB tradisyonèl yo). Teyorikman, metal ityòm se metal ki pi pozitif elektrikman ki gen yon kapasite ki wo anpil epi li se pi bon chwa posib pou pil yo. Lè LIB yo pa rechaje ase, iyon ityòm ki chaje pozitivman an vin metal ityòm. Kidonk, LIB yo se pil rechargeable ki pi popilè pou itilize nan tout kalite aparèy pòtab akòz lavi ki long ak gwo kapasite yo. Sepandan, yon gwo pwoblèm se ke elektwolit la ka evapore fasilman, sa ki lakòz yon kous sikwi nan batri a epi sa ka yon danje dife. An pratik, LIB yo vrèman enstab e yo pa efikas paske avèk tan, dispozisyon ityòm yo vin pa inifòm. LIB yo genyen tou to chaj ak dechaj ki ba e pwoblèm sekirite fè yo pa fyab pou anpil machin ki gen gwo puisans ak gwo kapasite, pa egzanp machin elektrik ak ibrid elektrik. Yo rapòte ke LIB yo montre bon kapasite ak to retansyon nan okazyon ki ra anpil.
Se konsa, tout se pa pafè nan mond lan nan pil tankou nan dènye ane yo anpil nan pil yo te make kòm danjere paske yo pran dife, yo enfidèl epi pafwa rezèvwa. Syantis atravè lemond yo ap chèche bati pil ki pral piti, san danje rechargeable, pi lejè, pi fleksib ak an menm tan an plis pwisan. Se poutèt sa, konsantre nan te deplase nan elektwolit eta solid kòm altènatif potansyèl la. Kenbe sa a kòm objektif yo te eseye anpil opsyon pa syantis, men estabilite ak évolutivité te yon obstak nan pi fò nan etid yo. Elektwolit Polymère yo te montre gwo potansyèl paske yo pa sèlman ki estab, men tou fleksib epi tou pa chè. Malerezman, pwoblèm prensipal la ak elektwolit polymère sa yo se konduktiviti pòv yo ak pwopriyete mekanik.
Nan yon etid resan ki pibliye nan ACS Nano Letters , chèchè yo montre ke sekirite yon batri ak menm anpil lòt pwopriyete ka amelyore lè yo ajoute nanofil ladan l, sa ki fè batri a siperyè. Ekip chèchè sa a ki soti nan Kolèj Syans Materyèl ak Jeni, Inivèsite Teknoloji Zhejiang, Lachin, te bati sou rechèch anvan yo kote yo te fè nanofil borat mayezyòm ki te montre bon pwopriyete mekanik ak konduktivite. Nan etid aktyèl la, yo te verifye si sa ta vre tou pou batri lè yo ajoute nanofil sa yo nan yon elektwolit polimè solid. Yo te melanje elektwolit solid la ak 5, 10, 15 ak 20 pwa nanofil borat mayezyòm. Yo te wè ke nanofil yo te ogmante konduktivite elektwolit polimè solid la, sa ki te fè batri yo pi solid ak rezistan konpare ak anvan san nanofil. Ogmantasyon konduktivite sa a te akòz ogmantasyon nan kantite iyon ki pase epi ki deplase nan elektwolit la nan yon vitès pi rapid. Tout konfigirasyon an te tankou yon batri men ak nanofil ajoute. Sa te montre yon pi gwo pousantaj pèfòmans ak sik ogmante konpare ak batri nòmal yo. Yo te fè yon tès enpòtan sou enflamabilite tou, epi yo te wè ke batri a pa t boule. Aplikasyon pòtab yo itilize anpil jodi a, tankou telefòn mobil ak òdinatè pòtab, bezwen amelyore ak enèji estoke maksimòm ak pi konpak. Sa a evidamman ogmante risk pou egzeyat vyolan epi li jere pou aparèy sa yo akòz ti fòma batri ki nesesè yo. Men, pandan y ap konsepsyone epi teste pi gwo aplikasyon pou batri, sekirite, rezistans ak puisans vin pi enpòtan.
***
Sous (yo)
Sheng O et al. 2018. Nanofil Mg2B2O5 pèmèt elektwolit solid miltifonksyonèl ak konduktivite iyonik segondè, pwopriyete mekanik ekselan, ak pèfòmans rezistan flanm dife. Nano Letters. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
***
