Natuklasan ng pag-aaral ang isang paraan upang makagawa ng mga baterya na ginagamit natin araw-araw upang maging mas matatag, malakas at ligtas.
Ang taon ay 2018 at ang ating pang-araw-araw na buhay ay pinagagana na ngayon ng iba't ibang mga gadget na tumatakbo koryente o sa mga baterya. Ang aming pag-asa sa mga gadget at device na pinapatakbo ng baterya ay kahanga-hangang lumalaki. A baterya ay isang aparato na nag-iimbak ng enerhiya ng kemikal na nagiging kuryente. Ang mga baterya ay parang mga mini chemical reactor na may reaksyon na gumagawa ng mga electron na puno ng enerhiya na dumadaloy sa panlabas na device. Kung ang mga cell phone o laptop nito o iba pang mga de-koryenteng sasakyan, ang mga baterya - sa pangkalahatan ay lithium-ion - ang pangunahing pinagmumulan ng kuryente para sa mga teknolohiyang ito. Habang patuloy na umuunlad ang teknolohiya, may patuloy na pangangailangan para sa mas compact, mataas na kapasidad, at ligtas na rechargeable na mga baterya.
Ang mga baterya ay may mahaba at maluwalhating kasaysayan. Unang ginamit ng Amerikanong siyentipiko na si Benjamin Franklin ang terminong "baterya" noong 1749 habang nagsasagawa ng mga eksperimento sa kuryente gamit ang isang hanay ng mga naka-link na capacitor. Inimbento ng physicist ng Italyano na si Alessandro Volta ang unang baterya noong 1800 nang i-hestack ang mga disc ng tanso (Cu) at zinc (Zn) na pinaghihiwalay ng telang ibinabad sa maalat na tubig. Ang lead-acid na baterya, ang isa sa pinakamatagal at pinakamatandang rechargeable na baterya ay naimbento noong 1859 at ginagamit pa rin sa maraming device kahit ngayon kasama ang internal combustion engine sa mga sasakyan.
Malayo na ang narating ng mga baterya at ngayon ay dumating ang mga ito sa iba't ibang laki mula sa malalaking Megawatt na sukat, kaya sa teorya ay nakakapag-imbak sila ng kuryente mula sa mga solar farm at nagpapailaw sa mga mini city o maaari silang kasing liit ng mga ginagamit sa mga electronic na relo , kahanga-hanga di ba. Sa tinatawag na pangunahing baterya, ang reaksyon na gumagawa ng daloy ng mga electron ay hindi maibabalik at sa huli kapag natupok ang isa sa mga reactant nito ang baterya ay nagiging flat o namatay. Ang pinakakaraniwang pangunahing baterya ay ang zinc-carbon na baterya. Ang mga pangunahing bateryang ito ay isang malaking problema at ang tanging paraan upang matugunan ang pagtatapon ng mga naturang baterya ay ang paghahanap ng paraan kung saan maaari itong magamit muli - na nangangahulugang sa pamamagitan ng paggawa ng mga ito na rechargeable. Ang pagpapalit ng mga baterya ng bago ay malinaw na hindi praktikal at sa gayon ay habang ang mga baterya ay dumami malakas at malaki ito ay naging nextto imposible hindi banggitin medyo mahal upang palitan ang mga ito at itapon ang mga ito.
Ang Nickel-cadmium na baterya (NiCd) ay ang unang sikat na rechargeable na baterya na gumamit ng alkali bilang electrolyte. Noong 1989, ang mga baterya ng nickel-metal hydrogen (NiMH) ay binuo na may mas mahabang buhay kaysa sa mga baterya ng NiCd. Gayunpaman, nagkaroon sila ng ilang mga disbentaha, higit sa lahat ay napakasensitibo nila sa sobrang pagsingil at sobrang pag-init lalo na noong siningil sila sa kanilang pinakamataas na rate. Samakatuwid, kinailangan silang singilin nang dahan-dahan at maingat upang maiwasan ang anumang pinsala at nangangailangan ng mas mahabang oras upang masingil ng mas simpleng mga charger.
Naimbento noong 1980, ang Lithium-ion batteries (LIBs) ay ang pinakakaraniwang ginagamit na baterya sa consumer. de koryente mga device ngayon. Ang Lithium ay isa sa mga pinakamagagaan na elemento at mayroon itong isa sa pinakamalaking potensyal na electrochemical, kaya ang kumbinasyong ito ay angkop na angkop para sa paggawa ng mga baterya. Sa LIBs, lumilipat ang mga lithium ions sa pagitan ng iba't ibang electrodes sa pamamagitan ng isang electrolyte na gawa sa asin at ng bahagi ng katawan solvents (sa karamihan sa mga tradisyonal na LIB). Sa teoryang, ang lithium metal ay ang pinakapositibong metal na may napakataas na kapasidad at ang pinakamahusay na posibleng pagpipilian para sa mga baterya. Kapag ang mga LIB ay hindi nagre-recharge, ang positibong naka-charge na lithium ion ay nagiging lithium metal. Kaya, ang mga LIB ay pinakasikat na mga rechargeable na baterya para magamit sa lahat ng uri ng mga portable na device dahil sa kanilang mahabang buhay at mataas na kapasidad. Gayunpaman, ang isang pangunahing problema ay ang electrolyte ay madaling mag-evaporate, na nagiging sanhi ng short-circuit sa baterya at ito ay maaaring maging isang panganib sa sunog. Sa pagsasagawa, ang mga LIB ay talagang hindi matatag at hindi epektibo dahil sa paglipas ng panahon ang mga disposisyon ng lithium ay nagiging hindi pare-pareho. Ang mga LIB ay mayroon ding mababang mga rate ng pagsingil at paglabas at mga alalahanin sa kaligtasan ay ginagawa silang hindi mabubuhay para sa maraming makinang may mataas na kapangyarihan at mataas na kapasidad, halimbawa mga de-kuryente at hybrid na de-koryenteng sasakyan. Ang LIB ay naiulat na nagpapakita ng mahusay na kapasidad at mga rate ng pagpapanatili sa napakabihirang mga okasyon.
Kaya, ang lahat ay hindi perpekto sa mundo ng mga baterya dahil sa mga nakaraang taon maraming mga baterya ang minarkahan bilang hindi ligtas dahil sila ay nasusunog, hindi maaasahan at kung minsan ay hindi epektibo. Ang mga siyentipiko sa buong mundo ay naghahangad na bumuo ng mga baterya na magiging maliit, ligtas na mare-recharge, mas magaan, mas nababanat at kasabay nito ay mas malakas. Samakatuwid, ang pagtuon ay lumipat sa mga solid-state na electrolyte bilang potensyal na alternatibo. Ang pagpapanatiling ito bilang layunin ng maraming mga opsyon ay sinubukan ng mga siyentipiko, ngunit ang katatagan at scalability ay naging hadlang sa karamihan ng mga pag-aaral. Ang mga polymer electrolyte ay nagpakita ng malaking potensyal dahil hindi lamang sila matatag ngunit nababaluktot din at mura rin. Sa kasamaang palad, ang pangunahing isyu sa naturang polymer electrolytes ay ang kanilang mahinang kondaktibiti at mekanikal na mga katangian.
Sa isang kamakailang pag-aaral na inilathala sa ACS Nano Sulat, mananaliksik ay nagpakita na ang kaligtasan ng isang baterya at kahit na maraming iba pang mga katangian ay maaaring mapahusay sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga nanowire dito, na ginagawang mas mahusay ang baterya. Ang pangkat na ito ng mga mananaliksik mula sa College of Materials Science and Engineering, Zhejiang University of Technology, China ay binuo sa kanilang nakaraang pananaliksik kung saan gumawa sila ng magnesium borate nanowire na nagpakita ng magandang mekanikal na katangian at conductivity. Sa kasalukuyang pag-aaral, sinuri nila kung totoo rin ito para sa mga baterya kapag ganoon mga nanowire ay idinagdag sa isang solid-state polymer electrolyte. Ang solid-state electrolyte ay hinaluan ng 5, 10, 15 at 20 na timbang ng magnesium borate nanowires. Nakita na ang mga nanowires ay nadagdagan ang kondaktibiti ng solid-state polymer electrolyte na ginawa ang mga baterya na mas matibay at nababanat kung ihahambing sa naunang walang nanowires. Ang pagtaas ng conductivity na ito ay dahil sa pagtaas ng bilang ng mga ions na dumadaan at gumagalaw sa electrolyte at sa mas mabilis na rate. Ang buong set up ay parang baterya ngunit may mga idinagdag na nanowire. Nagpakita ito ng mas mataas na rate ng pagganap at tumaas na mga cycle kumpara sa mga normal na baterya. Isang mahalagang pagsubok sa inflammability din ang isinagawa at nakitang hindi nasunog ang baterya. Ang malawak na ginagamit na mga portable na application sa ngayon tulad ng mga mobile phone at laptop ay kailangang i-upgrade na may maximum at pinaka-compact na nakaimbak na enerhiya. Malinaw na pinapataas nito ang panganib ng marahas na paglabas at ito ay mapapamahalaan para sa mga naturang device dahil sa maliit na format ng mga baterya na kailangan. Ngunit habang ang mas malalaking aplikasyon ng mga baterya ay idinisenyo at sinubukan, ang kaligtasan, tibay at kapangyarihan ay ipinapalagay ang pinakamataas na kahalagahan.
***
{Maaari mong basahin ang orihinal na papel ng pananaliksik sa pamamagitan ng pag-click sa link ng DOI na ibinigay sa ibaba sa listahan ng (mga) binanggit na pinagmulan}
Pinagmulan (s)
Sheng O et al. 2018. Mg2B2O5 Nanowire Enabled Multifunctional Solid-State Electrolytes na may High Ionic Conductivity, Napakahusay na Mechanical Properties, at Flame-Retardant Performance. Mga Sulat ng Nano. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
