Dauguma baterijų yra pagamintos taip, kad vienoje jų pusėje yra anodas, o kitoje – katodas ir juos skiria separatorius. Dabar Kornelio universiteto inžinieriai sukūrė neįprastą ir naują struktūrą, kurios sudedamosios dalys persipynė ir, jų nuomone, tai leidžia bateriją įkrauti per keletą sekundžių.
Kornelio tyrėjų naujosios baterijos architektūra pagrįsta sudėtinga, poringa forma, žinoma kaip „gyroidas“. Naujojoje baterijoje yra naudojamas plonos anglies pluoštas (nors jis dar nėra tokio plonumo, kad prilygtų grafenui aut. past.), kuris yra įterpiamas į „gyroidą“. Šis procesas vadinamas „savaiminiu blokiniu kopolimerų surinkimu“ (block co-polymer self-assembly angl.).
3D baterijos architektūra / © „Wiesner Group“
Šis anglies „gyroidas“ sudaro baterijos anodą ir turi tūkstančius akučių, kurių plotis siekia apie 40 nanometrų. Šios akutės buvo padengtos apie 10 nanometrų storio separatoriaus sluoksniu ir pridėtas sieros katodas. Paskutinė naujosios baterijos dalis, užpildanti likusias šių akučių vietas, yra elektriškai laidus polimeras PEDOT.
Kiekviena iš šių akučių turi viską ko reikia energijos kaupimui ir išlaisvinimui, todėl jos yra tarsi itin mažos baterijos. Tačiau paskleidus jas po didžiulį „gyroido“ paviršiaus plotą, nauja architektūra, lyginant su įprastomis baterijomis, demonstruoja gerokai didesnį galios tankį.
Kalbant paprasčiau, praktiškai tai reikštų, kad tokio tipo bateriją galima įkrauti per kelias sekundes ar net dar greičiau.
„Tai tikrai revoliucinė baterijos architektūra. Ši trijų matmenų architektūra iš esmės pašalina visus jūsų įrenginyje esančios talpos nuostolius, – teigia tyrimo vadovas Ulrichas Wiesneris. – Dar svarbiau yra tai, kad mes sugebėjome suskaidę sričių matmenis iki nano lygio, užtikrinti didesnį galios tankį. Kitaip tariant, galite gauti reikalingos energijos kiekį per daug trumpesnį laiką, nei to paprastai reikia su įprastos architektūros baterijomis.“
Nors tai atrodo itin perspektyvi technologija, bet tyrėjų komanda pripažįsta, kad naujasis baterijų dizainas nėra be trūkumų. Nors baterija yra įkrauna ir iškrauna, o siera išsiplečia, bet to nedaro PEDOT sluoksnis, todėl laikui bėgant jis nusidėvi.
„Kai siera išsiplečia, jūs turite šiuos mažus polimero gabaliukus, kurie gali būti suplėšyti, o kai akutės susitraukia, suplėšyti PEDOT gabaliukai negali susijungti, – sako Wiesneris. – Tad tai reiškia, kad atsiras dalis 3D baterijos elementų, kurių negalėsite pasiekti ir jie bus neveiksnūs.“ Tačiau tyrėjų komanda dirba prie šio probleminio klausimo ir šiuo metu siekia patentuoti savo pasiūlytą koncepciją.
Tyrimo rezultatai buvo publikuoti moksliniame „Energy and Environmental Science“ žurnale.
