ການສຶກສາໄດ້ຄົ້ນພົບວິທີການເຮັດໃຫ້ແບດເຕີຣີທີ່ພວກເຮົາໃຊ້ທຸກໆມື້ໃຫ້ມີຄວາມທົນທານ, ມີພະລັງແລະປອດໄພກວ່າ.
ປີແມ່ນ 2018 ແລະຊີວິດປະຈໍາວັນຂອງພວກເຮົາໃນປັດຈຸບັນແມ່ນໄດ້ຮັບການກະຕຸ້ນໂດຍ gadgets ທີ່ແຕກຕ່າງກັນທີ່ຈະດໍາເນີນການ ໄຟຟ້າ ຫຼືໃນຫມໍ້ໄຟ. ການເອື່ອຍອີງຂອງພວກເຮົາຕໍ່ກັບອຸປະກອນ ແລະອຸປະກອນທີ່ໃຊ້ແບັດເຕີລີກຳລັງເຕີບໃຫຍ່ຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ກ ແບດເຕີລີ່ ແມ່ນອຸປະກອນທີ່ເກັບຮັກສາພະລັງງານເຄມີທີ່ໄດ້ຖືກປ່ຽນເປັນໄຟຟ້າ. ແບດເຕີຣີແມ່ນຄ້າຍຄືເຄື່ອງປະຕິກອນເຄມີຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ມີປະຕິກິລິຍາຜະລິດເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ເຕັມໄປດ້ວຍພະລັງງານທີ່ໄຫຼຜ່ານອຸປະກອນພາຍນອກ. ບໍ່ວ່າຈະເປັນໂທລະສັບມືຖືຫຼືຄອມພິວເຕີໂນດບຸກຫຼືລົດໄຟຟ້າອື່ນໆ, ຫມໍ້ໄຟ - ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ lithium-ion - ແມ່ນແຫຼ່ງພະລັງງານຕົ້ນຕໍສໍາລັບເຕັກໂນໂລຢີເຫຼົ່ານີ້. ໃນຂະນະທີ່ເຕັກໂນໂລຢີສືບຕໍ່ກ້າວຫນ້າ, ມີຄວາມຕ້ອງການຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງສໍາລັບແບດເຕີຣີ້ທີ່ຫນາແຫນ້ນ, ຄວາມອາດສາມາດສູງ, ແລະຄວາມປອດໄພຂອງແບດເຕີຣີທີ່ສາມາດສາກໄຟໄດ້.
ແບດເຕີຣີມີປະຫວັດສາດອັນຍາວນານແລະສະຫງ່າລາສີ. ນັກວິທະຍາສາດອາເມລິກາ Benjamin Franklin ທໍາອິດໃຊ້ຄໍາວ່າ "ຫມໍ້ໄຟ" ໃນປີ 1749 ໃນຂະນະທີ່ດໍາເນີນການທົດລອງໄຟຟ້າໂດຍໃຊ້ຕົວເກັບປະຈຸເຊື່ອມຕໍ່. ນັກຟີຊິກສາດຊາວອີຕາລີ Alessandro Volta ໄດ້ປະດິດຫມໍ້ໄຟທໍາອິດໃນປີ 1800 ໃນເວລາທີ່ hestacked ແຜ່ນທອງແດງ (Cu) ແລະສັງກະສີ (Zn) ແຍກອອກໂດຍຜ້າແຊ່ນ້ໍາໃນນ້ໍາເຄັມ. ແບດເຕີລີ່ອາຊິດຂີ້ກົ່ວ, ຫນຶ່ງໃນຫມໍ້ໄຟ rechargeable ທີ່ທົນທານແລະເກົ່າແກ່ທີ່ສຸດໄດ້ຖືກ invented ໃນປີ 1859 ແລະຍັງຖືກນໍາໃຊ້ໃນອຸປະກອນຈໍານວນຫຼາຍເຖິງແມ່ນວ່າໃນມື້ນີ້ລວມທັງເຄື່ອງຈັກໃນການເຜົາໃຫມ້ພາຍໃນໃນຍານພາຫະນະ.
ແບດເຕີຣີໄດ້ມາເປັນເວລາດົນນານແລະໃນມື້ນີ້ພວກເຂົາມາໃນຂອບເຂດຂອງຂະຫນາດຈາກຂະຫນາດ Megawatt ຂະຫນາດໃຫຍ່, ດັ່ງນັ້ນ, ໃນທາງທິດສະດີ, ພວກເຂົາສາມາດເກັບພະລັງງານຈາກໂຮງງານແສງຕາເວັນແລະເຮັດໃຫ້ມີແສງ mini ເມືອງຫຼືພວກເຂົາອາດຈະເປັນຂະຫນາດນ້ອຍເທົ່າທີ່ໃຊ້ໃນໂມງເອເລັກໂຕຣນິກ. , ອັດສະຈັນບໍ່ແມ່ນມັນ. ໃນສິ່ງທີ່ເອີ້ນວ່າແບດເຕີຣີ້ປະຖົມ, ປະຕິກິລິຍາທີ່ຜະລິດການໄຫຼຂອງອິເລັກຕອນແມ່ນບໍ່ສາມາດປີ້ນກັບກັນໄດ້ແລະໃນທີ່ສຸດເມື່ອຫນຶ່ງຂອງ reactants ຂອງມັນຖືກບໍລິໂພກ, ແບດເຕີຣີຈະກາຍເປັນຮາບພຽງຫຼືຕາຍ. ແບດເຕີຣີ້ປະຖົມທົ່ວໄປທີ່ສຸດແມ່ນຫມໍ້ໄຟສັງກະສີ - ຄາບອນ. ແບດເຕີຣີ້ຕົ້ນຕໍເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນບັນຫາໃຫຍ່ແລະວິທີດຽວທີ່ຈະຈັດການກັບການກໍາຈັດແບດເຕີລີ່ດັ່ງກ່າວແມ່ນເພື່ອຊອກຫາວິທີການທີ່ພວກເຂົາສາມາດນໍາມາໃຊ້ໃຫມ່ໄດ້ - ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າເຮັດໃຫ້ມັນສາມາດສາກໄຟໄດ້. ການປ່ຽນແບັດເຕີຣີດ້ວຍໜ່ວຍໃໝ່ແມ່ນບໍ່ໄດ້ຮັບຜົນປະໂຫຍດຢ່າງແນ່ນອນ ແລະເພາະສະນັ້ນແບັດເຕີຣີກໍມີຫຼາຍຂຶ້ນ. ປະສິດທິພາບ ແລະຂະຫນາດໃຫຍ່ມັນກາຍເປັນສິ່ງທີ່ເປັນໄປບໍ່ໄດ້ທີ່ຈະບໍ່ເວົ້າເຖິງລາຄາແພງຫຼາຍເພື່ອທົດແທນພວກມັນແລະກໍາຈັດພວກມັນ.
ແບດເຕີຣີ້ Nickel-cadmium (NiCd) ເປັນແບດເຕີຣີທີ່ສາມາດສາກໄຟໄດ້ເປັນທີ່ນິຍົມອັນທໍາອິດທີ່ໃຊ້ alkali ເປັນ electrolyte. ໃນປີ 1989 ແບດເຕີຣີ້ໄຮໂດຣເຈນນິໂກເອັນໂລຫະ (NiMH) ໄດ້ຖືກພັດທະນາໃຫ້ມີອາຍຸຍືນກວ່າຫມໍ້ໄຟ NiCd. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ພວກເຂົາເຈົ້າມີຂໍ້ບົກຜ່ອງບາງຢ່າງ, ຕົ້ນຕໍແມ່ນພວກເຂົາເຈົ້າມີຄວາມອ່ອນໄຫວຫຼາຍຕໍ່ການ overcharge ແລະ overheating ໂດຍສະເພາະໃນເວລາທີ່ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ຖືກຄິດຄ່າບໍລິການເວົ້າກັບອັດຕາສູງສຸດຂອງເຂົາເຈົ້າ. ດັ່ງນັ້ນ, ພວກເຂົາຕ້ອງໄດ້ຄິດຄ່າບໍລິການຊ້າໆແລະລະມັດລະວັງເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການເສຍຫາຍແລະຕ້ອງການເວລາດົນກວ່າທີ່ຈະຄິດຄ່າທໍານຽມໂດຍເຄື່ອງສາກທີ່ງ່າຍກວ່າ.
ປະດິດໃນປີ 1980, ແບດເຕີຣີ Lithium-ion (LIBs) ແມ່ນແບດເຕີຣີທີ່ຖືກນໍາໃຊ້ຫຼາຍທີ່ສຸດໃນຜູ້ບໍລິໂພກ. ເອເລັກໂຕຣນິກ ອຸປະກອນໃນມື້ນີ້. Lithium ແມ່ນຫນຶ່ງໃນອົງປະກອບທີ່ເບົາທີ່ສຸດແລະມັນມີທ່າແຮງດ້ານເຄມີໄຟຟ້າທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດ, ດັ່ງນັ້ນການປະສົມປະສານນີ້ແມ່ນເຫມາະສົມທີ່ສຸດສໍາລັບການເຮັດຫມໍ້ໄຟ. ໃນ LIBs, lithium ions ເຄື່ອນຍ້າຍລະຫວ່າງ electrodes ທີ່ແຕກຕ່າງກັນໂດຍຜ່ານ electrolyte ທີ່ເຮັດດ້ວຍເກືອແລະ ອິນຊີ ທາດລະລາຍ (ໃນ LIBs ແບບດັ້ງເດີມສ່ວນໃຫຍ່). ໃນທາງທິດສະດີ, ໂລຫະ lithium ແມ່ນໂລຫະທີ່ມີໄຟຟ້າໃນທາງບວກທີ່ສຸດທີ່ມີຄວາມສາມາດສູງຫຼາຍແລະເປັນທາງເລືອກທີ່ດີທີ່ສຸດສໍາລັບຫມໍ້ໄຟ. ໃນເວລາທີ່ LIBs ກໍາລັງດໍາເນີນການສາກໄຟໃຫມ່, lithium ion ທີ່ມີຄ່າບວກກາຍເປັນໂລຫະ lithium. ດັ່ງນັ້ນ, LIBs ເປັນຫມໍ້ໄຟ rechargeable ທີ່ນິຍົມທີ່ສຸດສໍາລັບການນໍາໃຊ້ໃນທຸກປະເພດຂອງອຸປະກອນພົກພາເນື່ອງຈາກອາຍຸຍືນແລະຄວາມສາມາດສູງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຫນຶ່ງໃນບັນຫາທີ່ສໍາຄັນແມ່ນວ່າ electrolyte ສາມາດ evaporate ໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍ, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດວົງຈອນສັ້ນໃນຫມໍ້ໄຟແລະນີ້ສາມາດເປັນອັນຕະລາຍໄຟ. ໃນທາງປະຕິບັດ, LIBs ແມ່ນບໍ່ຄົງທີ່ແລະບໍ່ມີປະສິດຕິຜົນຍ້ອນວ່າເວລາຜ່ານໄປ, ການຈັດວາງຂອງ lithium ກາຍເປັນເຄື່ອງແບບບໍ່ເປັນແບບດຽວກັນ.LIBs ຍັງມີອັດຕາການໄລ່ແລະການໄຫຼຕ່ໍາແລະຄວາມກັງວົນດ້ານຄວາມປອດໄພເຮັດໃຫ້ພວກເຂົາບໍ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້ສໍາລັບເຄື່ອງຈັກພະລັງງານສູງແລະຄວາມສາມາດສູງ, ຕົວຢ່າງຍານພາຫະນະໄຟຟ້າແລະເຄື່ອງປະສົມ. LIB ໄດ້ຖືກລາຍງານວ່າສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມສາມາດທີ່ດີແລະອັດຕາການເກັບຮັກສາໄວ້ໃນໂອກາດທີ່ຫາຍາກຫຼາຍ.
ດັ່ງນັ້ນ, ທັງຫມົດແມ່ນບໍ່ສົມບູນແບບໃນໂລກຂອງແບດເຕີຣີ, ຍ້ອນວ່າໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ແບດເຕີລີ່ຈໍານວນຫລາຍໄດ້ຖືກຫມາຍວ່າບໍ່ປອດໄພເພາະວ່າມັນຕິດໄຟ, ບໍ່ຫນ້າເຊື່ອຖືແລະບາງຄັ້ງບໍ່ມີປະສິດທິພາບ. ນັກວິທະຍາສາດທົ່ວໂລກກຳລັງຊອກຫາການສ້າງແບດເຕີຣີ້ທີ່ມີຂະໜາດນ້ອຍ, ສາມາດສາກໄຟໄດ້ຢ່າງປອດໄພ, ເບົາກວ່າ, ມີຄວາມຢືດຢຸ່ນຫຼາຍ ແລະໃນເວລາດຽວກັນມີພະລັງແຮງຫຼາຍຂຶ້ນ. ສະນັ້ນ, ຈຸດສຸມຈຶ່ງໄດ້ປ່ຽນໄປໃຊ້ໄຟຟ້າລັດແຂງເປັນທາງເລືອກທີ່ເປັນໄປໄດ້. ການຮັກສາສິ່ງນີ້ຍ້ອນວ່າມີທາງເລືອກຫຼາຍຈຸດປະສົງໄດ້ຖືກພະຍາຍາມໂດຍນັກວິທະຍາສາດ, ແຕ່ຄວາມຫມັ້ນຄົງແລະຄວາມສາມາດໃນການຂະຫຍາຍໄດ້ເປັນອຸປະສັກຂອງການສຶກສາສ່ວນໃຫຍ່. Polymer electrolytes ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນທ່າແຮງທີ່ສໍາຄັນເນື່ອງຈາກວ່າພວກເຂົາເຈົ້າບໍ່ພຽງແຕ່ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງ, ແຕ່ຍັງມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນແລະລາຄາບໍ່ແພງ. ແຕ່ຫນ້າເສຍດາຍ, ບັນຫາຕົ້ນຕໍກັບ electrolytes ໂພລີເມີດັ່ງກ່າວແມ່ນການນໍາທີ່ບໍ່ດີແລະຄຸນສົມບັດກົນຈັກຂອງພວກເຂົາ.
ໃນການສຶກສາທີ່ຜ່ານມາຈັດພີມມາໃນ ACS ຈົດ ໝາຍ ນາໂນ, ນັກຄົ້ນຄວ້າ ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຄວາມປອດໄພຂອງຫມໍ້ໄຟແລະເຖິງແມ່ນວ່າຄຸນສົມບັດອື່ນໆຈໍານວນຫຼາຍສາມາດໄດ້ຮັບການປັບປຸງໂດຍການເພີ່ມ nanowires ກັບມັນ, ເຮັດໃຫ້ຫມໍ້ໄຟດີກວ່າ. ນັກຄົ້ນຄວ້າຈາກວິທະຍາໄລວິທະຍາສາດວັດສະດຸແລະວິສະວະກໍາ, ມະຫາວິທະຍາໄລເຕັກໂນໂລຢີ Zhejiang, ຈີນໄດ້ສ້າງຈາກການຄົ້ນຄວ້າທີ່ຜ່ານມາຂອງພວກເຂົາທີ່ພວກເຂົາຜະລິດ nanowires magnesium borate ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນຄຸນສົມບັດກົນຈັກທີ່ດີແລະການນໍາ. ໃນການສຶກສາໃນປັດຈຸບັນເຂົາເຈົ້າໄດ້ກວດສອບວ່ານີ້ຍັງຈະເປັນຄວາມຈິງສໍາລັບຫມໍ້ໄຟໃນເວລາທີ່ດັ່ງກ່າວ nanowires ໄດ້ຖືກເພີ່ມໃສ່ electrolyte ໂພລີເມີລັດແຂງ. ທາດ electrolyte ແຂງຂອງລັດໄດ້ຖືກປະສົມກັບ 5, 10, 15 ແລະ 20 ນ້ໍາຫນັກຂອງ magnesium borate nanowires. ມັນເຫັນໄດ້ວ່າ nanowires ໄດ້ເພີ່ມການນໍາຂອງ electrolyte ໂພລີເມີລັດແຂງ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ແບດເຕີຣີມີຄວາມທົນທານແລະທົນທານຕໍ່ເມື່ອປຽບທຽບກັບບໍ່ມີ nanowires ກ່ອນຫນ້ານີ້. ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງ conductivity ນີ້ແມ່ນເນື່ອງມາຈາກການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຈໍານວນຂອງ ions ຜ່ານແລະການເຄື່ອນຍ້າຍຜ່ານ electrolyte ແລະໃນອັດຕາໄວຫຼາຍ. ການຕິດຕັ້ງທັງຫມົດແມ່ນຄ້າຍຄືຫມໍ້ໄຟແຕ່ມີ nanowires ເພີ່ມ. ນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນອັດຕາການປະຕິບັດທີ່ສູງຂຶ້ນແລະຮອບວຽນເພີ່ມຂຶ້ນເມື່ອທຽບກັບແບດເຕີຣີປົກກະຕິ. ຍັງໄດ້ປະຕິບັດການທົດສອບທີ່ສໍາຄັນຂອງການອັກເສບແລະມັນເຫັນວ່າຫມໍ້ໄຟບໍ່ໄດ້ເຜົາໄຫມ້. ແອັບພລິເຄຊັ່ນເຄື່ອນທີ່ທີ່ໃຊ້ກັນຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນທຸກມື້ນີ້ ເຊັ່ນ: ໂທລະສັບມືຖື ແລະແລັບທັອບ ຕ້ອງໄດ້ຮັບການອັບເກຣດດ້ວຍພະລັງງານທີ່ເກັບໄວ້ສູງສຸດ ແລະກະທັດຮັດທີ່ສຸດ. ນີ້ແນ່ນອນເພີ່ມຄວາມສ່ຽງຂອງການໄຫຼຮຸນແຮງແລະມັນສາມາດຈັດການໄດ້ສໍາລັບອຸປະກອນດັ່ງກ່າວເນື່ອງຈາກວ່າຮູບແບບຂະຫນາດນ້ອຍຂອງຫມໍ້ໄຟທີ່ຈໍາເປັນ. ແຕ່ຍ້ອນວ່າການນໍາໃຊ້ຫມໍ້ໄຟຂະຫນາດໃຫຍ່ໄດ້ຖືກອອກແບບແລະພະຍາຍາມ, ຄວາມປອດໄພ, ຄວາມທົນທານແລະພະລັງງານຖືວ່າມີຄວາມສໍາຄັນສູງສຸດ.
***
{ທ່ານສາມາດອ່ານເອກະສານການຄົ້ນຄວ້າຕົ້ນສະບັບໄດ້ໂດຍການຄລິກທີ່ລິ້ງ DOI ທີ່ໃຫ້ໄວ້ຂ້າງລຸ່ມນີ້ໃນລາຍຊື່ແຫຼ່ງທີ່ອ້າງອີງ}
ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ (s)
Sheng O et al. 2018. Mg2B2O5 Nanowire Enabled Multifunctional Solid-State Electrolytes with High Ionic Conductivity, Excellent Mechanical Properties, and Flame-Retardant Performance. ອັກສອນນາໂນ. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
